JP2017072441A - X-ray imaging device and x-ray imaging method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray imaging device and X-ray imaging method that can easily observe samples as selecting energy regions of an X-ray.SOLUTION: An X-ray imaging device 10A comprises: an X-ray source 1; a detector 7; a converging optical system 3A that includes a first reflection surface 31c and second reflection surface 32c for allowing total reflection to converge an X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 to a sample S; an image formation optical system 6; and a control unit that conducts control of switching a state of the converging optical system 3A between a first state where the X-ray 20 totally reflected upon the first reflection surface 31c is converged to the sample S and a second state where the X-ray 20 totally reflected upon the second reflection surface 32c is converged to the sample S. A first inclination angle α1 and second inclination angle α2 are mutually different, and an angle γ formed with an optical axis of the X-ray 20 totally reflected upon the first reflection surface 31c in the first state and a reference line A and an angle γ formed with an optical angle of the X-ray 20 totally reflected upon the second reflection surface 32c in the second state are mutually equal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、X線撮像装置及びX線撮像方法に関する。   The present invention relates to an X-ray imaging apparatus and an X-ray imaging method.

X線の吸収係数は、同じ物質でもX線のエネルギーにより異なる。したがって、X線撮像装置では、試料の構成物質に応じて使用するX線のエネルギー領域が選択される。例えば、特許文献1には、非球面ミラーとベント機構とを備える集光装置が記載されている。ベント機構は、非球面ミラーの長手方向の撓みを調整することにより、X線のエネルギーに応じた非球面ミラーの長手方向の曲率半径を選択する。   The X-ray absorption coefficient varies depending on the energy of X-rays even for the same substance. Therefore, in the X-ray imaging apparatus, the X-ray energy region to be used is selected according to the constituent material of the sample. For example, Patent Document 1 describes a light collecting device including an aspherical mirror and a vent mechanism. The vent mechanism selects the radius of curvature of the aspherical mirror in the longitudinal direction according to the energy of the X-rays by adjusting the longitudinal deflection of the aspherical mirror.

なお、特許文献2,3には、X線用の顕微鏡が記載されている。特許文献3に記載のX線顕微鏡においては、反射角度の異なる二つの反射領域を光軸方向に有する照明光学系と、照明光学系を光軸方向に移動させる移動手段と、を備える。このX線顕微鏡では、照明光学系を光軸方向に移動させることにより、明視野観察モードと暗視野観察モードとを切り替えることができる。   Patent Documents 2 and 3 describe an X-ray microscope. The X-ray microscope described in Patent Document 3 includes an illumination optical system having two reflection regions with different reflection angles in the optical axis direction, and a moving unit that moves the illumination optical system in the optical axis direction. In this X-ray microscope, the bright field observation mode and the dark field observation mode can be switched by moving the illumination optical system in the optical axis direction.

特開2014−163667号公報JP 2014-163667 A 特開2008−96273号公報JP 2008-96273 A 特開2006−343535号公報JP 2006-343535 A

上記特許文献1に記載された集光装置では、X線のエネルギーに応じて試料に対するX線の入射角が変化する。したがって、試料の後方に結像光学系及び検出器を設ける場合、試料からのX線を結像光学系により検出器上に結像するために、選択されたX線のエネルギーに応じて結像光学系及び検出器の位置合わせが必要となる。なお、特許文献3に記載されたX線顕微鏡においては、X線のエネルギーを選択することについて言及されていない。   In the condensing device described in Patent Document 1, the incident angle of X-rays to the sample changes according to the energy of X-rays. Therefore, when the imaging optical system and the detector are provided behind the sample, the X-ray from the sample is imaged on the detector by the imaging optical system in accordance with the selected X-ray energy. It is necessary to align the optical system and the detector. Note that the X-ray microscope described in Patent Document 3 does not mention selecting X-ray energy.

本発明は、X線のエネルギー領域を選択しながら容易に試料を観察することができるX線撮像装置及びX線撮像方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an X-ray imaging apparatus and an X-ray imaging method capable of easily observing a sample while selecting an X-ray energy region.

本発明に係るX線撮像装置は、試料に照射するX線を出射するX線源と、試料からのX線を検出する検出器と、X線源から検出器に向かう基準線上に配置され、X線源から出射されたX線を全反射により試料に集光させるための第1反射面及び第2反射面を有する集光光学系と、基準線上に配置され、試料からのX線を検出器に結像させる結像光学系と、集光光学系の状態を、第1反射面で全反射されたX線が試料に集光される第1状態と、第2反射面で全反射されたX線が試料に集光される第2状態と、の間で切り替える制御を行う制御部と、を備え、試料は、基準線上においてX線源から所定距離で離間して保持され、第1反射面と基準線との成す角度と第2反射面と基準線との成す角度とは、互いに異なっており、第1状態で第1反射面により全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度と、第2状態で第2反射面により全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度とは、互いに同等である。   An X-ray imaging apparatus according to the present invention is disposed on an X-ray source that emits X-rays that irradiate a sample, a detector that detects X-rays from the sample, and a reference line from the X-ray source to the detector, A condensing optical system having a first reflecting surface and a second reflecting surface for condensing the X-ray emitted from the X-ray source onto the sample by total reflection, and the X-ray from the sample are arranged on the reference line. The imaging optical system that forms an image on the vessel and the state of the condensing optical system are the first state in which the X-rays totally reflected on the first reflecting surface are condensed on the sample, and the second reflecting surface is totally reflected. A control unit that performs control to switch between the second state in which the X-rays are collected on the sample, and the sample is held at a predetermined distance from the X-ray source on the reference line. The angle formed between the reflection surface and the reference line is different from the angle formed between the second reflection surface and the reference line, and the first reflection in the first state. The angle formed by the optical axis of the X-rays totally reflected by the reference line and the reference line is equal to the angle formed by the optical axis of the X-rays totally reflected by the second reflecting surface in the second state and the reference line. is there.

このX線撮像装置は、集光光学系の状態を切り替える制御部を備えている。制御部は、X線を第1反射面により全反射させて試料に入射させる第1状態と、X線を第2反射面により全反射させて試料に入射させる第2状態と、を切り替える。第1反射面と基準線との成す角度と、第2反射面と基準線との成す角度とは、互いに異なる。また、第1状態において、第1反射面で全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度と、第2状態において、第2反射面で全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度とが互いに同等である。したがって、幾何学的関係から、第1状態の第1反射面へのX線の斜入射角と、第2状態の第2反射面へのX線の斜入射角とは、互いに異なる。反射面へのX線の斜入射角が異なると、反射面で全反射されるX線のエネルギー領域が異なる。これにより、第1状態と第2状態とを切り替えることにより、試料の観察に用いるX線を、第1反射面で全反射されるエネルギー領域のX線と第2反射面で全反射されるエネルギー領域のX線とから選択することができる。上述のように、第1状態及び第2状態において、第1反射面で全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度と、第2反射面で全反射されたX線の光軸と基準線との成す角度とが互いに同等である。このため、結像光学系へのX線の入射状態が、第1状態と第2状態とで変化しない。したがって、X線のエネルギーの選択に応じて結像光学系及び検出器を位置合わせする必要がない。以上のように、このX線撮像装置においては、X線のエネルギー領域を選択しながら容易に試料を観察することができる。   This X-ray imaging apparatus includes a control unit that switches the state of the condensing optical system. The control unit switches between a first state in which X-rays are totally reflected by the first reflecting surface and enter the sample, and a second state in which X-rays are totally reflected by the second reflecting surface and enter the sample. The angle formed between the first reflecting surface and the reference line is different from the angle formed between the second reflecting surface and the reference line. Further, in the first state, an angle formed between the optical axis of the X-rays totally reflected by the first reflecting surface and the reference line, and in the second state, an optical axis of the X-rays totally reflected by the second reflecting surface; The angles formed with the reference line are equal to each other. Therefore, the oblique incident angle of the X-rays to the first reflecting surface in the first state and the oblique incident angle of the X-rays to the second reflecting surface in the second state are different from each other due to a geometric relationship. When the oblique incident angle of X-rays to the reflecting surface is different, the energy region of X-rays totally reflected by the reflecting surface is different. Thereby, by switching between the first state and the second state, X-rays used for observation of the sample are totally reflected by the first reflecting surface and the energy that is totally reflected by the second reflecting surface. The region can be selected from the X-rays. As described above, in the first state and the second state, the angle formed between the optical axis of the X-ray totally reflected by the first reflecting surface and the reference line, and the X-ray light totally reflected by the second reflecting surface. The angles formed by the axis and the reference line are equal to each other. For this reason, the incident state of the X-rays to the imaging optical system does not change between the first state and the second state. Therefore, it is not necessary to align the imaging optical system and the detector according to the selection of the X-ray energy. As described above, in this X-ray imaging apparatus, a sample can be easily observed while selecting an X-ray energy region.

このX線撮像装置においては、第1反射面を含む第1光学素子と、第2反射面を含み、基準線に沿って第1光学素子と並んだ状態で第1光学素子と一体化された第2光学素子と、を有し、制御部は、第1光学素子及び第2光学素子を基準線に沿って移動させることにより、第1状態と第2状態とを切り替えてもよい。この場合、第1光学素子及び第2光学素子が一体化されているので、第1光学素子及び第2光学素子を共通の移動機構により移動させて、集光光学系の状態を切り替えることができる。   In this X-ray imaging device, the first optical element including the first reflecting surface and the second reflecting surface are integrated with the first optical element in a state of being aligned with the first optical element along the reference line. The control unit may switch between the first state and the second state by moving the first optical element and the second optical element along the reference line. In this case, since the first optical element and the second optical element are integrated, the state of the condensing optical system can be switched by moving the first optical element and the second optical element by a common moving mechanism. .

このX線撮像装置においては、集光光学系は、第1反射面を含む第1光学素子と、第2反射面を含み第1光学素子と別体に構成された第2光学素子と、を有し、制御部は、第1光学素子及び第2光学素子を移動させることにより、第1状態と第2状態とを切り替えてもよい。この場合、第1光学素子及び第2光学素子が別体に構成されているので、第1光学素子及び第2光学素子をそれぞれ移動させることができる。したがって、X線源から出射されたX線を全反射により試料に集光させるための位置に第1光学素子及び第2光学素子を容易に配置することができる。   In this X-ray imaging apparatus, the condensing optical system includes a first optical element including a first reflecting surface, and a second optical element including a second reflecting surface and configured separately from the first optical element. The control unit may switch between the first state and the second state by moving the first optical element and the second optical element. In this case, since the first optical element and the second optical element are configured separately, the first optical element and the second optical element can be moved. Therefore, the first optical element and the second optical element can be easily arranged at a position for condensing the X-ray emitted from the X-ray source on the sample by total reflection.

このX線撮像装置においては、X線源から第2反射面に向かうX線を遮蔽するための第1遮蔽部材と、X線源から第1反射面に向かうX線を遮蔽するための第2遮蔽部材と、を備え、制御部は、第1遮蔽部材を使ってX線源から第2反射面に向かうX線を遮蔽する状態、及び第2遮蔽部材を使ってX線源から第1反射面に向かうX線を遮蔽する状態のうちいずれかを選択することにより、第1状態と第2状態とを切り替えてもよい。この場合、第1反射面及び第2反射面を移動させる必要がない。   In this X-ray imaging apparatus, a first shielding member for shielding X-rays from the X-ray source toward the second reflecting surface, and a second shielding member for shielding X-rays from the X-ray source toward the first reflecting surface. A control member, wherein the controller uses the first shielding member to shield X-rays from the X-ray source toward the second reflecting surface, and uses the second shielding member to perform the first reflection from the X-ray source. You may switch between a 1st state and a 2nd state by selecting either among the states which shield the X-ray which goes to a surface. In this case, there is no need to move the first reflecting surface and the second reflecting surface.

このX線撮像装置においては、結像光学系は、試料からのX線を全反射させて検出器に結像させる第3反射面を有していてもよい。この場合、X線のエネルギーの選択に応じて、結像光学系を構成する光学素子及びその配置を変える必要がない。   In this X-ray imaging apparatus, the imaging optical system may have a third reflecting surface that totally reflects X-rays from the sample and forms an image on the detector. In this case, it is not necessary to change the optical elements constituting the imaging optical system and the arrangement thereof according to the selection of X-ray energy.

このX線撮像装置においては、第3反射面は、第1反射面及び第2反射面において全反射される全エネルギー領域のX線を全反射させてもよい。この場合、試料の観察に用いられるエネルギー領域のX線が結像光学系により除去されるのを抑制することができる。   In the X-ray imaging apparatus, the third reflecting surface may totally reflect the X-rays in the total energy region that is totally reflected on the first reflecting surface and the second reflecting surface. In this case, X-rays in the energy region used for sample observation can be suppressed from being removed by the imaging optical system.

このX線撮像装置においては、基準線上に配置され、第1反射面及び第2反射面において全反射されるエネルギー領域のX線のうち低エネルギー領域側のX線を除去するフィルタを備えていてもよい。この場合、試料の観察に用いられない低エネルギー領域側のX線を除去することができるので、得られるX線画像のコントラストを向上させることができる。   The X-ray imaging apparatus includes a filter that is disposed on the reference line and removes X-rays on the low energy region side from among the X-rays in the energy region that are totally reflected on the first reflection surface and the second reflection surface. Also good. In this case, X-rays on the low energy region side that are not used for sample observation can be removed, so that the contrast of the obtained X-ray image can be improved.

このX線撮像装置においては、基準線上に配置され、集光光学系を経ずに検出器に入射するX線を遮蔽する第3遮蔽部材を備えていてもよい。この場合、試料の観察に用いられないエネルギー領域のX線が検出器に入射することが抑制されるので、得られるX線画像のコントラストを更に向上させることができる。   The X-ray imaging apparatus may include a third shielding member that is arranged on the reference line and shields the X-rays that enter the detector without passing through the condensing optical system. In this case, X-rays in an energy region not used for sample observation are suppressed from entering the detector, so that the contrast of the obtained X-ray image can be further improved.

本発明に係るX線撮像方法は、上記のX線撮像装置を用いるX線撮像方法であって、集光光学系の状態を、制御部によって第1状態及び第2状態のうちいずれとするかを選択する選択ステップと、X線源から試料に照射するX線を出射する出射ステップと、出射ステップにおいて出射されたX線を集光光学系によって試料に集光させる集光ステップと、結像光学系によって試料からのX線を検出器に結像させる結像ステップと、結像ステップにおいて結像されたX線を検出器によって検出する検出ステップと、を含む。   The X-ray imaging method according to the present invention is an X-ray imaging method using the above-described X-ray imaging apparatus, and the state of the condensing optical system is set to one of the first state and the second state by the control unit. A selection step for selecting the X-ray, an emission step for emitting X-rays irradiated to the sample from the X-ray source, a condensing step for condensing the X-ray emitted in the emission step on the sample by a condensing optical system, and imaging An imaging step of imaging an X-ray from the sample on the detector by the optical system, and a detection step of detecting the X-ray imaged in the imaging step by the detector.

このX線撮像方法は、上記のX線撮像装置を用いるので、X線のエネルギー領域を選択しながら容易に試料を観察することができる。   Since this X-ray imaging method uses the above-mentioned X-ray imaging apparatus, the sample can be easily observed while selecting an X-ray energy region.

本発明に係るX線撮像装置及びX線撮像方法によれば、X線のエネルギー領域を選択しながら容易に試料を観察することができる。   According to the X-ray imaging apparatus and the X-ray imaging method of the present invention, a sample can be easily observed while selecting an X-ray energy region.

第1実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the X-ray imaging device which concerns on 1st Embodiment. 集光光学系及び制御部の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a condensing optical system and a control part. 光学素子の寸法を説明する図である。It is a figure explaining the dimension of an optical element. X線の全反射臨界角とX線のエネルギーとの関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the total reflection critical angle of X-rays, and the energy of X-rays. 第1実施形態の変形例に係るX線撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the X-ray imaging device which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the X-ray imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the X-ray imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 比較例に係るX線撮像装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the X-ray imaging device which concerns on a comparative example. X線のエネルギーと透過率及び反射率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the energy of a X-ray, the transmittance | permeability, and a reflectance. X線のエネルギーと透過率及び反射率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the energy of a X-ray, the transmittance | permeability, and a reflectance.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

(第1実施形態)
図1及び図2を参照して、第1実施形態に係るX線撮像装置について説明する。図1は、第1実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。より詳細には、図1(a)は、集光光学系の状態が第1状態である場合を示す図であり、図1(b)は、集光光学系の状態が第2状態である場合を示す図である。図2は、光学素子の寸法を説明する図である。
(First embodiment)
With reference to FIG.1 and FIG.2, the X-ray imaging device which concerns on 1st Embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the X-ray imaging apparatus according to the first embodiment. More specifically, FIG. 1A shows a case where the state of the condensing optical system is the first state, and FIG. 1B shows a state where the state of the condensing optical system is the second state. It is a figure which shows a case. FIG. 2 is a diagram for explaining dimensions of the optical element.

図1に示されるように、X線撮像装置10Aは、X線源1と、フィルタ2と、集光光学系3Aと、遮蔽部材(第3遮蔽部材)4と、遮蔽部材(第3遮蔽部材)5と、結像光学系6と、検出器7と、制御部8(図3参照)と、を備えている。X線撮像装置10Aは、例えば、軟X線3D顕微鏡である。試料Sは、X線源1から検出器7に向かう基準線A上においてX線源1から距離L0、且つ検出器7から距離L3で離間して、試料保持部(不図示)により保持されている。   As shown in FIG. 1, the X-ray imaging apparatus 10A includes an X-ray source 1, a filter 2, a condensing optical system 3A, a shielding member (third shielding member) 4, and a shielding member (third shielding member). ) 5, an imaging optical system 6, a detector 7, and a control unit 8 (see FIG. 3). The X-ray imaging apparatus 10A is, for example, a soft X-ray 3D microscope. The sample S is separated by a distance L0 from the X-ray source 1 and a distance L3 from the detector 7 on the reference line A from the X-ray source 1 to the detector 7, and is held by a sample holder (not shown). Yes.

X線の吸収係数は、同じ物質でもX線のエネルギーにより異なる。したがって、X線撮像装置10Aでは、試料Sの構成物質に応じて、観察に使用するX線のエネルギーが選択される。例えば、低原子番号(Z)の材料(軽元素材料)の観察には、1keV〜数keVのエネルギー領域のX線が使用される。また、水を含む生体試料の観察には、「水の窓」と呼ばれる285eV〜543eVのエネルギー領域のX線が使用される。X線撮像装置10Aでは、このようなエネルギー領域のX線を使用することにより、軽元素材料及び生体試料の内部構造を観察することができる。試料Sを回転させることで、試料Sを3次元的に観察することもできる。試料Sの回転軸Bは、例えば、基準線Aに垂直である。使用されるX線のエネルギーが低い場合(〜5keV)、空気によるX線の減衰を避けるため、X線撮像装置10Aは真空容器(不図示)内に設置されてもよい。   The X-ray absorption coefficient varies depending on the energy of X-rays even for the same substance. Therefore, in the X-ray imaging apparatus 10A, the X-ray energy used for observation is selected according to the constituent material of the sample S. For example, X-rays in an energy region of 1 keV to several keV are used for observation of a material having a low atomic number (Z) (light element material). For observation of a biological sample containing water, X-rays in the energy region of 285 eV to 543 eV called “water window” are used. In the X-ray imaging apparatus 10A, the internal structure of the light element material and the biological sample can be observed by using X-rays in such an energy region. By rotating the sample S, the sample S can also be observed three-dimensionally. The rotation axis B of the sample S is, for example, perpendicular to the reference line A. When the energy of X-rays used is low (˜5 keV), the X-ray imaging apparatus 10A may be installed in a vacuum container (not shown) in order to avoid the attenuation of X-rays by air.

X線源1は、試料Sに照射するX線20を出射する。X線源1は、例えば、電子線励起型(電子線衝撃型)X線源、レーザ及びガス放電を用いたプラズマX線源等である。X線源1は、上述のような生体試料の観察に使用されるエネルギー領域(285eV〜543eV)のX線、軽元素材料の観察に使用されるエネルギー領域(1keV〜数keV)のX線等を出射する。X線源1に電子線励起型X線源を用いた場合、出射されるX線20は、特性X線と制動放射X線とから成る。特性X線は、強度が高く、ターゲットを構成する物質でエネルギーが決まる。制動放射X線は、強度が低く、加速電圧によってエネルギーが決まる。観察には特性X線が用いられる。上述のようなエネルギー領域内に特性X線を持つターゲットとして、例えば、酸化物ターゲット、Tiターゲット等が用いられる。   The X-ray source 1 emits X-rays 20 that irradiate the sample S. The X-ray source 1 is, for example, an electron beam excitation type (electron beam impact type) X-ray source, a plasma X-ray source using a laser and gas discharge, or the like. The X-ray source 1 is an X-ray in an energy region (285 eV to 543 eV) used for observation of a biological sample as described above, an X-ray in an energy region (1 keV to several keV) used for observation of a light element material, or the like. Is emitted. When an electron beam excitation X-ray source is used as the X-ray source 1, the emitted X-ray 20 is composed of characteristic X-rays and bremsstrahlung X-rays. Characteristic X-rays are high in intensity, and energy is determined by the material constituting the target. The bremsstrahlung X-ray has a low intensity, and the energy is determined by the acceleration voltage. Characteristic X-rays are used for observation. As a target having characteristic X-rays in the energy region as described above, for example, an oxide target, a Ti target, or the like is used.

フィルタ2は、基準線A上に配置されている。フィルタ2は、例えば、Be,Ti等の金属フィルタである。フィルタ2は、エネルギーE0以上のエネルギー領域のX線20を通過させ、エネルギーE0よりも低いエネルギー領域のX線20を除去する。即ち、フィルタ2は、X線源1から出射されたX線20を、エネルギーE0以上のX線20に制限して集光光学系3Aに出射する。閾値となるエネルギーE0は、フィルタ2の材質及び厚さによって決まる。したがって、観察に使用されるX線20のエネルギーに応じて、フィルタ2の材質及び厚さが決定される。フィルタ2は複数種類用意されており、移動機構(不図示)でX線20の光路上に配置及び退避させることにより、比較的容易に交換することができる。   The filter 2 is disposed on the reference line A. The filter 2 is, for example, a metal filter such as Be or Ti. The filter 2 passes X-rays 20 in the energy region of energy E0 or higher and removes X-rays 20 in the energy region lower than energy E0. That is, the filter 2 restricts the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 to the X-rays 20 having energy E0 or more and emits them to the condensing optical system 3A. The threshold value energy E0 is determined by the material and thickness of the filter 2. Therefore, the material and thickness of the filter 2 are determined according to the energy of the X-ray 20 used for observation. A plurality of types of filters 2 are prepared, and can be replaced relatively easily by arranging and retracting them on the optical path of the X-ray 20 by a moving mechanism (not shown).

集光光学系3Aは、X線源1から出射され、フィルタ2を通過したX線20を試料Sに集光する。集光光学系3Aは、光学素子30Aを有している。光学素子30Aは、例えば、非球面ミラーである。光学素子30Aは、例えば、筒状の斜入射反射鏡であり、中心軸が基準線Aに一致するように基準線A上に配置されている。光学素子30Aは、X線20をその内面で反射させて集光を行う。光学素子30Aは、全反射を利用した反射光学系であり、例えば、回転楕円面及び回転双曲面を含むウォルタ鏡、回転楕円鏡、回転放物鏡等である。ここでは、光学素子30Aは、第1光学素子31と、第2光学素子32と、接続管33とを含んでいる。   The condensing optical system 3 </ b> A collects the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 and passing through the filter 2 on the sample S. The condensing optical system 3A has an optical element 30A. The optical element 30A is, for example, an aspherical mirror. The optical element 30A is, for example, a cylindrical oblique incidence reflecting mirror, and is arranged on the reference line A so that the central axis coincides with the reference line A. The optical element 30A collects light by reflecting the X-rays 20 on its inner surface. The optical element 30A is a reflection optical system using total reflection, and is, for example, a Walter mirror, a rotation ellipsoid mirror, a rotation paraboloid mirror, or the like including a spheroid and a hyperbola. Here, the optical element 30 </ b> A includes a first optical element 31, a second optical element 32, and a connecting pipe 33.

第1光学素子31は、筒状の斜入射反射鏡であり、中心軸が基準線Aに一致するように基準線A上に配置されている。第1光学素子31は、例えば、回転楕円鏡である。第1光学素子31は、端部31aと、端部31bと、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための第1反射面31cとを含んでいる。端部31aはX線源1側に配置され、端部31bは検出器7側に配置されている。端部31aは、基準線Aに沿ってX線源1から距離L1の位置に配置されている。   The first optical element 31 is a cylindrical oblique incidence reflecting mirror, and is disposed on the reference line A so that the central axis coincides with the reference line A. The first optical element 31 is, for example, a spheroid mirror. The first optical element 31 includes an end 31a, an end 31b, and a first reflecting surface 31c for condensing the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. . The end 31a is disposed on the X-ray source 1 side, and the end 31b is disposed on the detector 7 side. The end portion 31a is disposed at a distance L1 from the X-ray source 1 along the reference line A.

第1反射面31cは、第1光学素子31の内面を成す曲面であり、端部31aと端部31bとを接続している。第1反射面31cは、基準線A上に配置され、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための面である。第1反射面31cは基準線Aに対して線対称である。即ち、第1光学素子31は、X線20を第1反射面31cで反射させて集光を行う。第1反射面31cは、基準線Aに対して第1傾斜角α1で傾斜している。   The first reflecting surface 31c is a curved surface that forms the inner surface of the first optical element 31, and connects the end 31a and the end 31b. The first reflecting surface 31c is a surface that is disposed on the reference line A and is used to collect the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. The first reflecting surface 31 c is line symmetric with respect to the reference line A. That is, the first optical element 31 focuses the light by reflecting the X-rays 20 by the first reflecting surface 31c. The first reflecting surface 31c is inclined with respect to the reference line A at a first inclination angle α1.

第2光学素子32は、基準線Aに沿って第1光学素子31と並んだ状態で第1光学素子31と一体化されている。第2光学素子32は、筒状の斜入射反射鏡であり、中心軸が基準線Aに一致するように基準線A上に配置されている。第2光学素子32は、例えば、回転楕円鏡である。第2光学素子32は、端部32aと、端部32bと、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための第2反射面32cとを含んでいる。端部32aはX線源1側に配置され、端部32bは検出器7側に配置されている。端部32aは、基準線Aに沿ってX線源1から距離L2の位置に配置されている。   The second optical element 32 is integrated with the first optical element 31 in a state of being aligned with the first optical element 31 along the reference line A. The second optical element 32 is a cylindrical oblique incidence reflecting mirror, and is disposed on the reference line A so that the central axis coincides with the reference line A. The second optical element 32 is, for example, a spheroid mirror. The second optical element 32 includes an end portion 32a, an end portion 32b, and a second reflection surface 32c for condensing the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. . The end portion 32a is disposed on the X-ray source 1 side, and the end portion 32b is disposed on the detector 7 side. The end 32a is disposed at a distance L2 from the X-ray source 1 along the reference line A.

第2反射面32cは、第2光学素子32の内面を成す曲面であり、端部32aと端部32bとを接続している。第2反射面32cは、基準線A上に配置され、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための面である。第2反射面32cは基準線Aに対して線対称である。即ち、第2光学素子32は、X線20を第2反射面32cで反射させて集光を行う。第2反射面32cは、基準線Aに対して第2傾斜角α2で傾斜している。第2傾斜角α2と第1傾斜角α1とは相違している。第1光学素子31は、第2光学素子32よりもX線源1側に配置され、また後述するように内径も大きいため、第2傾斜角α2は第1傾斜角α1よりも大きい。   The second reflecting surface 32c is a curved surface forming the inner surface of the second optical element 32, and connects the end portion 32a and the end portion 32b. The second reflection surface 32c is a surface that is disposed on the reference line A and is used to collect the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. The second reflecting surface 32 c is line symmetric with respect to the reference line A. That is, the second optical element 32 collects light by reflecting the X-rays 20 by the second reflecting surface 32c. The second reflecting surface 32c is inclined with respect to the reference line A at the second inclination angle α2. The second inclination angle α2 and the first inclination angle α1 are different. Since the first optical element 31 is disposed closer to the X-ray source 1 than the second optical element 32 and has a larger inner diameter as will be described later, the second inclination angle α2 is larger than the first inclination angle α1.

接続管33は、第1光学素子31と第2光学素子32とを接続する管状部材であり、中心軸が基準線Aに一致するように配置されている。接続管33は、端部33aと、端部33bとを含んでいる。端部33aは第1光学素子31側に配置され、端部31bと接続されている。端部33bは第2光学素子32側に配置され、端部32aと接続されている。なお、接続管33の内面は、X線20を反射せず、X線20を吸収するような物質によりコーティングされていてもよい。これにより、接続管33の内面で反射されたX線が結像光学系6に入射することが抑制される。   The connecting pipe 33 is a tubular member that connects the first optical element 31 and the second optical element 32, and is arranged so that the central axis coincides with the reference line A. The connection pipe 33 includes an end portion 33a and an end portion 33b. The end portion 33a is disposed on the first optical element 31 side and is connected to the end portion 31b. The end portion 33b is disposed on the second optical element 32 side and is connected to the end portion 32a. The inner surface of the connecting tube 33 may be coated with a substance that does not reflect the X-rays 20 and absorbs the X-rays 20. Thereby, the X-rays reflected by the inner surface of the connection tube 33 are suppressed from entering the imaging optical system 6.

ここで、図2(a)に示されるように、第1光学素子31の寸法は、基準線A(図1参照)に沿う長さL6、端部31aの内径D1、及び端部31bの内径D2である。内径D1は、内径D2よりも大きい。第2光学素子32の寸法は、基準線Aに沿う長さL8、端部32aの内径D3、及び端部32bの内径D4である。内径D3は、内径D2よりも小さく内径D4よりも大きい。接続管33の寸法は、基準線Aに沿う長さL7、端部33aの内径D2、及び端部33bの内径D3である。   Here, as shown in FIG. 2A, the dimensions of the first optical element 31 are the length L6 along the reference line A (see FIG. 1), the inner diameter D1 of the end 31a, and the inner diameter of the end 31b. D2. The inner diameter D1 is larger than the inner diameter D2. The dimensions of the second optical element 32 are a length L8 along the reference line A, an inner diameter D3 of the end portion 32a, and an inner diameter D4 of the end portion 32b. The inner diameter D3 is smaller than the inner diameter D2 and larger than the inner diameter D4. The dimensions of the connecting pipe 33 are a length L7 along the reference line A, an inner diameter D2 of the end portion 33a, and an inner diameter D3 of the end portion 33b.

図1に戻って説明を続ける。集光光学系3Aは、光学素子30Aの位置により、図1(a)に示される第1状態、及び図1(b)に示される第2状態をとる。第1状態と第2状態とでは、距離L1及び距離L2の値が異なる。第1状態の距離L1(以下、距離L1(S1)という)は、第2状態の距離L1(以下、距離L1(S2)という)よりも長い。第1状態の距離L2(S1)は、第2状態の距離L2(S2)よりも長い。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. The condensing optical system 3A takes a first state shown in FIG. 1A and a second state shown in FIG. 1B depending on the position of the optical element 30A. The values of the distance L1 and the distance L2 are different between the first state and the second state. The distance L1 in the first state (hereinafter referred to as distance L1 (S1)) is longer than the distance L1 in the second state (hereinafter referred to as distance L1 (S2)). The distance L2 (S1) in the first state is longer than the distance L2 (S2) in the second state.

第1状態では、第1反射面31cがX線20の集光に使用される。即ち、第1状態では、X線20が第1斜入射角β1で第1反射面31cに入射し、第1反射面31cで全反射されたX線20が試料Sに集光される。第1斜入射角β1は、第1反射面31cの基準線Aに沿う方向の中央位置に入射されるX線20の光軸C3と、第1反射面31cとが成す角度として規定される。   In the first state, the first reflecting surface 31 c is used to collect the X-ray 20. That is, in the first state, the X-ray 20 is incident on the first reflecting surface 31c at the first oblique incident angle β1, and the X-ray 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c is collected on the sample S. The first oblique incident angle β1 is defined as an angle formed by the optical axis C3 of the X-ray 20 incident on the center position in the direction along the reference line A of the first reflecting surface 31c and the first reflecting surface 31c.

第2状態では、第2反射面32cがX線20の集光に使用される。即ち、第2状態では、X線20が第2斜入射角β2で第2反射面32cに入射し、第2反射面32cで全反射されたX線20が試料Sに集光される。第2斜入射角β2は、第2反射面32cの基準線Aに沿う方向の中央位置に入射されるX線20の光軸C4と、第2反射面32cとが成す角度として規定される。   In the second state, the second reflecting surface 32 c is used to collect the X-ray 20. That is, in the second state, the X-ray 20 is incident on the second reflecting surface 32c at the second oblique incident angle β2, and the X-ray 20 totally reflected by the second reflecting surface 32c is collected on the sample S. The second oblique incident angle β2 is defined as an angle formed by the optical axis C4 of the X-ray 20 incident on the center position in the direction along the reference line A of the second reflecting surface 32c and the second reflecting surface 32c.

集光光学系3Aは、接続管33の長さL7を設定することにより、第1反射面31c及び第2反射面32cの配置が、第1状態では、第2反射面32cで反射されたX線20が結像光学系6に入射せず、第2状態では、第1反射面31cで反射されたX線20が結像光学系6に入射しないように設定されている。集光光学系3Aは、後述する遮蔽部材4及び遮蔽部材5を備えることによって、第1状態では、第2反射面32cで反射されたX線20が結像光学系6に入射せず、第2状態では、第1反射面31cで反射されたX線20が結像光学系6に入射しないように設定されてもよい。   The condensing optical system 3A sets the length L7 of the connecting tube 33, so that the arrangement of the first reflecting surface 31c and the second reflecting surface 32c is reflected by the second reflecting surface 32c in the first state. The line 20 does not enter the imaging optical system 6, and in the second state, the X-ray 20 reflected by the first reflecting surface 31 c is set not to enter the imaging optical system 6. The condensing optical system 3A includes a shielding member 4 and a shielding member 5 to be described later, so that in the first state, the X-ray 20 reflected by the second reflecting surface 32c does not enter the imaging optical system 6, and In the two states, the X-ray 20 reflected by the first reflecting surface 31c may be set so as not to enter the imaging optical system 6.

第1状態で第1反射面31cにより全反射されたX線20(以下、第1入射光という)の光軸C1と基準線Aとは、角度γを成す。光軸C1は、第1反射面31cの基準線Aに沿う方向の中央位置から試料Sに出射されるX線20の光軸として規定される。第2状態で第2反射面32cにより全反射されたX線20(以下、第2入射光という)の光軸C2と基準線Aとは、角度γを成す。光軸C2は、第2反射面32cの基準線Aに沿う方向の中央位置から試料Sに出射されるX線20の光軸として規定される。   The optical axis C1 of the X-ray 20 (hereinafter referred to as first incident light) totally reflected by the first reflecting surface 31c in the first state and the reference line A form an angle γ. The optical axis C1 is defined as the optical axis of the X-ray 20 emitted to the sample S from the center position in the direction along the reference line A of the first reflecting surface 31c. The optical axis C2 of the X-ray 20 (hereinafter referred to as second incident light) totally reflected by the second reflecting surface 32c in the second state and the reference line A form an angle γ. The optical axis C2 is defined as the optical axis of the X-ray 20 emitted to the sample S from the center position in the direction along the reference line A of the second reflecting surface 32c.

このように、第1入射光の光軸C1と基準線Aとの成す角度と、第2入射光の光軸C2と基準線Aとの成す角度とは、いずれも角度γであり、互いに同等である。即ち、第1入射光と、第2入射光とは、光路が共通している。より詳細には、第1入射光の光路と、第2入射光の光路とは重複する部分を有している。更に言い換えると、第1光学素子31及び第2光学素子32の開口数が共に、結像光学系6の開口数と同等である。また、上述のように、第1傾斜角α1及び第2傾斜角α2は互いに異なっている。角度γと第1傾斜角α1と第1斜入射角β1との幾何学的関係、及び角度γと第2傾斜角α2と第2斜入射角β2との幾何学的関係から、第1斜入射角β1及び第2斜入射角β2は互いに異なる。なお、集光光学系3Aの第1状態及び第2状態を切り替える構成については、図3を参照して、後で説明する。   Thus, the angle formed between the optical axis C1 of the first incident light and the reference line A and the angle formed between the optical axis C2 of the second incident light and the reference line A are both angles γ and are equivalent to each other. It is. That is, the first incident light and the second incident light have a common optical path. More specifically, the optical path of the first incident light and the optical path of the second incident light have overlapping portions. In other words, the numerical apertures of the first optical element 31 and the second optical element 32 are both equal to the numerical aperture of the imaging optical system 6. Further, as described above, the first inclination angle α1 and the second inclination angle α2 are different from each other. From the geometric relationship between the angle γ, the first inclination angle α1, and the first oblique incidence angle β1, and the geometric relationship between the angle γ, the second inclination angle α2, and the second oblique incidence angle β2, the first oblique incidence is performed. The angle β1 and the second oblique incident angle β2 are different from each other. A configuration for switching the first state and the second state of the condensing optical system 3A will be described later with reference to FIG.

遮蔽部材4及び遮蔽部材5は、基準線A上に配置されている。遮蔽部材4及び遮蔽部材5は、基準線Aに沿う方向から見て、円形状を呈している。遮蔽部材4の外径は、内径D4(図2(a)参照)よりも小さい。遮蔽部材5の外径は、後述する内径D5(図2(b)参照)よりも小さい。遮蔽部材4は、基準線A上において、試料SよりもX線源1側に配置されている。遮蔽部材5は、基準線A上において、試料Sよりも検出器7側に配置されている。   The shielding member 4 and the shielding member 5 are arranged on the reference line A. The shielding member 4 and the shielding member 5 have a circular shape when viewed from the direction along the reference line A. The outer diameter of the shielding member 4 is smaller than the inner diameter D4 (see FIG. 2A). The outer diameter of the shielding member 5 is smaller than an inner diameter D5 (see FIG. 2B) described later. The shielding member 4 is arranged on the X-ray source 1 side with respect to the sample S on the reference line A. The shielding member 5 is arranged on the detector 7 side with respect to the sample S on the reference line A.

遮蔽部材4は、第1入射光の光路及び第2入射光の光路の内側(基準線A側)に配置され、集光光学系3Aを経ずに検出器7に入射するX線20を遮蔽する。遮蔽部材5は、試料Sから反射面61cに入射されるX線20の光路の内側(基準線A側)に配置され、集光光学系3Aを経ずに検出器7に入射するX線20を遮蔽する。遮蔽部材4及び遮蔽部材5によれば、周囲からの散乱X線等の結像に寄与しないX線20を除去することができる。   The shielding member 4 is arranged inside the optical path of the first incident light and the optical path of the second incident light (on the reference line A side), and shields the X-ray 20 incident on the detector 7 without passing through the condensing optical system 3A. To do. The shielding member 5 is disposed on the inner side (reference line A side) of the X-ray 20 incident on the reflecting surface 61c from the sample S, and enters the detector 7 without passing through the condensing optical system 3A. Shield. According to the shielding member 4 and the shielding member 5, X-rays 20 that do not contribute to imaging such as scattered X-rays from the surroundings can be removed.

結像光学系6は、基準線A上に配置され、試料SからのX線20を拡大して検出器7に結像させる。結像光学系6は、第3光学素子60を有している。第3光学素子60は、例えば、非球面ミラーである。第3光学素子60は、例えば、筒状の斜入射反射鏡であり、中心軸が基準線Aに一致するように基準線A上に配置されている。第3光学素子60は、X線20をその内面で反射させて集光を行う。第3光学素子60は、全反射を利用した反射光学系であり、例えば、回転楕円面及び回転双曲面を含むウォルタ鏡である。   The imaging optical system 6 is arranged on the reference line A, expands the X-ray 20 from the sample S, and forms an image on the detector 7. The imaging optical system 6 has a third optical element 60. The third optical element 60 is, for example, an aspherical mirror. The third optical element 60 is, for example, a cylindrical oblique incidence reflector, and is arranged on the reference line A so that the central axis coincides with the reference line A. The third optical element 60 collects light by reflecting the X-rays 20 on its inner surface. The third optical element 60 is a reflection optical system using total reflection, and is, for example, a Walter mirror including a spheroid and a hyperboloid.

第3光学素子60は、第1部分61と、第2部分62とを含んでいる。第1部分61は、端部61aと、端部61bと、反射面(第3反射面)61cとを含んでいる。端部61aは試料S側に配置され、端部61bは検出器7側に配置されている。端部61aは、基準線Aに沿って試料Sから距離L4の位置に配置されている。第1部分61の反射面61cは、例えば、ウォルタ鏡の回転双曲面に対応し、基準線Aに対して第3傾斜角α3で傾斜している。反射面61cは基準線Aに対して線対称である。第3傾斜角α3は、第2傾斜角α2及び第1傾斜角α1よりも大きい。   The third optical element 60 includes a first portion 61 and a second portion 62. The first portion 61 includes an end portion 61a, an end portion 61b, and a reflective surface (third reflective surface) 61c. The end portion 61a is disposed on the sample S side, and the end portion 61b is disposed on the detector 7 side. The end portion 61a is disposed at a distance L4 from the sample S along the reference line A. The reflecting surface 61c of the first portion 61 corresponds to, for example, a rotating hyperboloid of a Walter mirror, and is inclined with respect to the reference line A at a third inclination angle α3. The reflecting surface 61c is line symmetric with respect to the reference line A. The third inclination angle α3 is larger than the second inclination angle α2 and the first inclination angle α1.

第2部分は、端部62aと、端部62bと、反射面62cとを含んでいる。端部62aは試料S側に配置され、端部62bは検出器7側に配置されている。端部62aは、基準線Aに沿ってX線源1から距離L5の位置に配置されている。第2部分62の反射面62cは、例えば、ウォルタ鏡の回転楕円面に対応している。反射面62cは基準線Aに対して線対称である。端部61bと端部62aとは互いに接続されている。   The second part includes an end 62a, an end 62b, and a reflective surface 62c. The end 62a is disposed on the sample S side, and the end 62b is disposed on the detector 7 side. The end 62a is disposed at a distance L5 from the X-ray source 1 along the reference line A. The reflecting surface 62c of the second portion 62 corresponds to, for example, a spheroidal surface of a Walter mirror. The reflecting surface 62c is line symmetric with respect to the reference line A. The end portion 61b and the end portion 62a are connected to each other.

ここで、図2(b)に示されるように、第3光学素子60の第1部分61の寸法は、基準線A(図1参照)に沿う長さL9、端部61aの内径D5、及び端部61bの内径D6である。第3光学素子60の第2部分62の寸法は、基準線Aに沿う長さL10、端部62aの内径D6、及び端部62bの内径D7である。   Here, as shown in FIG. 2B, the dimensions of the first portion 61 of the third optical element 60 are a length L9 along the reference line A (see FIG. 1), an inner diameter D5 of the end 61a, and This is the inner diameter D6 of the end 61b. The dimensions of the second portion 62 of the third optical element 60 are the length L10 along the reference line A, the inner diameter D6 of the end portion 62a, and the inner diameter D7 of the end portion 62b.

図1に戻って説明を続ける。検出器7は、試料SからのX線20を検出する。検出器7は、受光面を有し、試料Sを透過した後、結像光学系6により受光面に結像されたX線20を検出する。検出器7は、例えば、CCD素子等のX線検出素子を含んでいる。試料Sを回転させて検出器7により撮影し、画像再構成を行うことで、試料Sの3次元的観察も可能である。   Returning to FIG. 1, the description will be continued. The detector 7 detects the X-ray 20 from the sample S. The detector 7 has a light receiving surface, and after passing through the sample S, detects the X-rays 20 imaged on the light receiving surface by the imaging optical system 6. The detector 7 includes, for example, an X-ray detection element such as a CCD element. Three-dimensional observation of the sample S is also possible by rotating the sample S and photographing it with the detector 7 and performing image reconstruction.

図3は、集光光学系及び制御部の構成を示す図である。図3に示されるように、集光光学系3Aは、ステージ11と、ホルダ12と、駆動モータ13とを更に有している。ホルダ12は、ステージ11上において、光学素子30Aを接続管33の外周面で保持している。ホルダ12は、基準線Aに沿って移動可能にステージ11上に配置されている。駆動モータ13は、例えば、パルスモータであり、基準線Aに沿ってステージ11上でホルダ12を移動させる。   FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the condensing optical system and the control unit. As shown in FIG. 3, the condensing optical system 3 </ b> A further includes a stage 11, a holder 12, and a drive motor 13. The holder 12 holds the optical element 30 </ b> A on the outer peripheral surface of the connection pipe 33 on the stage 11. The holder 12 is disposed on the stage 11 so as to be movable along the reference line A. The drive motor 13 is a pulse motor, for example, and moves the holder 12 on the stage 11 along the reference line A.

制御部8は、駆動モータ13に電気的に接続されている。制御部8は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を含むコンピュータで構成されている。制御部8は、駆動モータ13に制御信号を送出して、駆動モータ13を駆動させる。制御部8は、第1光学素子31及び第2光学素子32を基準線Aに沿って(例えば、平行に)移動させることにより、第1状態と第2状態とを切り替える。即ち、制御部8は、集光光学系3Aの状態を、第1反射面31cで全反射されたX線20が試料Sに集光される第1状態と、第2反射面32cで全反射されたX線20が試料Sに集光される第2状態と、の間で切り替える制御を行う。   The control unit 8 is electrically connected to the drive motor 13. The control unit 8 is configured by a computer including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The control unit 8 sends a control signal to the drive motor 13 to drive the drive motor 13. The control unit 8 switches between the first state and the second state by moving the first optical element 31 and the second optical element 32 along the reference line A (for example, in parallel). That is, the control unit 8 changes the state of the condensing optical system 3A between the first state where the X-rays 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c are condensed on the sample S and the total reflection by the second reflecting surface 32c. Control is performed to switch between the second state in which the X-ray 20 is condensed on the sample S.

続いて、このように構成されたX線撮像装置を用いるX線撮像方法について説明する。本実施形態に係るX線撮像方法は、まず、集光光学系3Aの状態を、第1状態及び第2状態のうちいずれとするかが選択される(選択ステップ)。これにより、以下のような理由で、集光光学系3Aにより除去されるX線20のエネルギー領域を選択することができる。   Next, an X-ray imaging method using the X-ray imaging apparatus configured as described above will be described. In the X-ray imaging method according to the present embodiment, first, the state of the condensing optical system 3A is selected from the first state and the second state (selection step). Thereby, the energy region of the X-ray 20 removed by the condensing optical system 3A can be selected for the following reason.

図4(a)は、X線の斜入射角について説明する図であり、図4(b)は、X線のエネルギーと反射率との関係を示すグラフである。図4(a)に示されるように、X線がある物質平面に入射する場合、平面とX線とが成す角度である斜入射角θが所定値以下の場合、全反射が起きる。この全反射が起きる最大の角度を全反射臨界角θcという。全反射臨界角θcの大きさは、反射平面の物質及びX線エネルギーで決まり、反射平面の物質の密度ρ(g/cm)及びX線波長λ(nm)を用いて、式(1)で示される。
θc(°)=94.2×10−1×λ×(ρ)1/2 (1)
FIG. 4A is a diagram for explaining the oblique incident angle of X-rays, and FIG. 4B is a graph showing the relationship between X-ray energy and reflectance. As shown in FIG. 4A, when X-rays enter a certain material plane, total reflection occurs when an oblique incident angle θ, which is an angle formed by the plane and the X-rays, is equal to or less than a predetermined value. The maximum angle at which this total reflection occurs is called the total reflection critical angle θc. The magnitude of the total reflection critical angle θc is determined by the material of the reflection plane and the X-ray energy. Using the density ρ (g / cm 3 ) and the X-ray wavelength λ (nm) of the material of the reflection plane, the formula (1) Indicated by
θc (°) = 94.2 × 10 −1 × λ × (ρ) 1/2 (1)

また、X線エネルギーEとX線波長λとの関係は、式(2)で示される。
E(eV)=1240/λ (2)
Further, the relationship between the X-ray energy E and the X-ray wavelength λ is expressed by Expression (2).
E (eV) = 1240 / λ (2)

図4(b)に示されるように、斜入射角がθaの場合、X線エネルギーがEaで反射率が急激に低下し、斜入射角がθb(θa>θb)の場合、X線エネルギーがEbで反射率が急激に低下する。即ち、斜入射角をθaに設定すれば、X線エネルギーがEa以上のX線が除去され、斜入射角をθbに設定すれば、X線エネルギーがEb以上のX線が除去されることがわかる。このように、斜入射角を選択することにより、反射されずに除去されるX線のエネルギー領域を選択できる。   As shown in FIG. 4B, when the oblique incident angle is θa, the reflectivity is drastically decreased when the X-ray energy is Ea, and when the oblique incident angle is θb (θa> θb), the X-ray energy is With Eb, the reflectivity rapidly decreases. That is, if the oblique incident angle is set to θa, X-rays having an X-ray energy of Ea or more are removed, and if the oblique incident angle is set to θb, X-rays having an X-ray energy of Eb or more are removed. Recognize. In this way, by selecting the oblique incident angle, it is possible to select an X-ray energy region that is removed without being reflected.

選択ステップにおいて第1状態が選択された場合、制御部8は、集光光学系3Aの状態が予め第1状態であれば、集光光学系3Aの状態を切り替えない。また、制御部8は、集光光学系3Aの状態が第2状態であれば、駆動モータ13を駆動させて、第1光学素子31及び第2光学素子32を基準線Aに沿って(例えば、平行に)移動させる。これにより、集光光学系3Aの状態が第1状態に切り替えられる。一方、選択ステップにおいて第2状態が選択された場合も同様に、制御部8は、集光光学系3Aの状態が予め第2状態であれば、集光光学系3Aの状態を切り替えない。また、制御部8は、集光光学系3Aの状態が第1状態であれば、駆動モータ13を駆動させて、第1光学素子31及び第2光学素子32を基準線Aと平行に移動させる。これにより、集光光学系3Aの状態が第2状態に切り替えられる。   When the first state is selected in the selection step, the control unit 8 does not switch the state of the condensing optical system 3A if the state of the condensing optical system 3A is the first state in advance. Further, if the condensing optical system 3A is in the second state, the control unit 8 drives the drive motor 13 to move the first optical element 31 and the second optical element 32 along the reference line A (for example, Move in parallel). Thereby, the state of the condensing optical system 3A is switched to the first state. On the other hand, when the second state is selected in the selection step, similarly, the control unit 8 does not switch the state of the condensing optical system 3A if the state of the condensing optical system 3A is the second state in advance. Further, if the state of the condensing optical system 3A is the first state, the controller 8 drives the drive motor 13 to move the first optical element 31 and the second optical element 32 in parallel with the reference line A. . Thereby, the state of the condensing optical system 3A is switched to the second state.

続いて、X線源1から試料Sに照射するX線20が出射される(出射ステップ)。X線源1から出射されたX線20は、フィルタ2に入射する。フィルタ2に入射されたX線20のうちエネルギーE0よりも低い低エネルギー領域側のX線20が除去され、エネルギーE0以上のエネルギー領域のX線20がフィルタ2から出射される。   Subsequently, X-rays 20 irradiating the sample S are emitted from the X-ray source 1 (extraction step). X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 enter the filter 2. Of the X-rays 20 incident on the filter 2, the X-rays 20 on the low energy region side lower than the energy E0 are removed, and the X-rays 20 in the energy region equal to or higher than the energy E0 are emitted from the filter 2.

続いて、フィルタ2を透過したX線20が集光光学系3Aにより試料Sに集光される(集光ステップ)。第1状態の場合は、フィルタ2を透過したX線20が第1反射面31cにより全反射されて試料Sに集光される。このとき、第1斜入射角β1を全反射臨界角とするエネルギーE1以上のエネルギーを持つX線20は第1反射面31cによりほとんど反射されない(反射率30%以下)。したがって、集光光学系3Aにより、E1以上のエネルギーを持つX線20は除去され、それ以外のX線20が試料Sに集光される。   Subsequently, the X-ray 20 transmitted through the filter 2 is condensed on the sample S by the condensing optical system 3A (condensing step). In the case of the first state, the X-rays 20 that have passed through the filter 2 are totally reflected by the first reflecting surface 31c and collected on the sample S. At this time, the X-ray 20 having an energy equal to or greater than the energy E1 having the first oblique incident angle β1 as the total reflection critical angle is hardly reflected by the first reflecting surface 31c (reflectance of 30% or less). Therefore, the X-ray 20 having energy equal to or higher than E1 is removed by the condensing optical system 3A, and the other X-rays 20 are condensed on the sample S.

一方、第2状態の場合は、フィルタ2を透過したX線20が第2反射面32cにより全反射されて試料Sに集光される。このとき、第2斜入射角β2を全反射臨界角とするエネルギーE2以上のエネルギーを持つX線20は第2反射面32cによりほとんど反射されない(反射率30%以下)。したがって、集光光学系3Aにより、E2以上のエネルギーを持つX線20は除去され、それ以外のX線20が試料Sに集光される。   On the other hand, in the second state, the X-rays 20 that have passed through the filter 2 are totally reflected by the second reflecting surface 32c and collected on the sample S. At this time, X-rays 20 having energy equal to or greater than energy E2 having the second oblique incident angle β2 as the total reflection critical angle are hardly reflected by the second reflecting surface 32c (reflectance of 30% or less). Therefore, the X-ray 20 having energy equal to or higher than E2 is removed by the condensing optical system 3A, and the other X-rays 20 are condensed on the sample S.

即ち、ここでは、低エネルギー側のX線20がフィルタ2で除去され、高エネルギー側のX線20が集光光学系3Aで除去される。これにより、低エネルギー側と高エネルギー側との間の所定範囲(第1状態ではE0〜E1、第2状態ではE0〜E2)のX線20が選択される。上記式(1)及び上記式(2)から導き出せるように、エネルギーE2はエネルギーE1よりも高い(E2>E1)。なお、第1状態及び第2状態のいずれの場合も、フィルタ2を透過した後、集光光学系3Aを経ずに試料Sに向かうX線20は、遮蔽部材4により遮蔽される。   That is, here, the X-ray 20 on the low energy side is removed by the filter 2, and the X-ray 20 on the high energy side is removed by the condensing optical system 3A. Thereby, the X-rays 20 in a predetermined range (E0 to E1 in the first state, E0 to E2 in the second state) between the low energy side and the high energy side are selected. As can be derived from the above equations (1) and (2), the energy E2 is higher than the energy E1 (E2> E1). In both cases of the first state and the second state, the X-rays 20 that pass through the filter 2 and go to the sample S without passing through the condensing optical system 3A are shielded by the shielding member 4.

続いて、試料SからのX線20が結像光学系6により結像される(結像ステップ)。結像光学系6では、X線20は反射面61c及び反射面62cのそれぞれで2回反射される。上述のように、第1入射光と、第2入射光とは、光路が共通しているため、試料SからのX線20の光路も第1状態及び第2状態で共通する。したがって、第1状態及び第2状態のいずれの場合も、結像光学系6では、試料SからのX線20が反射面61cに第3斜入射角β3で入射する。このため、第1状態及び第2状態のいずれの場合でも、試料S、結像光学系6及び検出器7の位置を移動させる必要がない。また、結像光学系6及び検出器7を移動させないので、倍率が変わらない。第3斜入射角β3は、反射面61cの基準線Aに沿う方向の中央位置に入射されるX線20の光軸C5と、反射面61cとが成す角度として規定される。ここでは、反射面62cは、反射面61cからのX線20が第3斜入射角β3と等しい斜入射角で入射するように設定されている。   Subsequently, the X-ray 20 from the sample S is imaged by the imaging optical system 6 (imaging step). In the imaging optical system 6, the X-ray 20 is reflected twice by each of the reflecting surface 61c and the reflecting surface 62c. As described above, since the first incident light and the second incident light have the same optical path, the optical path of the X-ray 20 from the sample S is also common in the first state and the second state. Accordingly, in both the first state and the second state, in the imaging optical system 6, the X-ray 20 from the sample S enters the reflecting surface 61c at the third oblique incident angle β3. For this reason, it is not necessary to move the positions of the sample S, the imaging optical system 6 and the detector 7 in either case of the first state or the second state. Further, since the imaging optical system 6 and the detector 7 are not moved, the magnification does not change. The third oblique incident angle β3 is defined as an angle formed by the reflection surface 61c and the optical axis C5 of the X-ray 20 incident on the center position in the direction along the reference line A of the reflection surface 61c. Here, the reflecting surface 62c is set so that the X-rays 20 from the reflecting surface 61c are incident at an oblique incident angle equal to the third oblique incident angle β3.

ここで、上述のように、第3傾斜角α3は、第2傾斜角α2及び第1傾斜角α1よりも大きい。第3斜入射角β3等との幾何学的関係から、第3斜入射角β3は、第1斜入射角β1及び第2斜入射角β2よりも小さい。したがって、第3斜入射角β3を全反射臨界角とするエネルギーE3は、エネルギーE1及びエネルギーE2よりも高い(E3>E1,E2)。即ち、反射面61cは、第1反射面31c及び第2反射面32cにおいて全反射される全エネルギー領域のX線20を全反射させて検出器7に結像させる。なお、試料Sから、結像光学系6を経ずに検出器7に向かうX線20は、遮蔽部材5により遮蔽される。   Here, as described above, the third inclination angle α3 is larger than the second inclination angle α2 and the first inclination angle α1. From the geometrical relationship with the third oblique incident angle β3 and the like, the third oblique incident angle β3 is smaller than the first oblique incident angle β1 and the second oblique incident angle β2. Therefore, the energy E3 having the third oblique incident angle β3 as the total reflection critical angle is higher than the energy E1 and the energy E2 (E3> E1, E2). That is, the reflection surface 61c causes the detector 7 to form an image by totally reflecting the X-rays 20 in the total energy region totally reflected by the first reflection surface 31c and the second reflection surface 32c. X-rays 20 from the sample S toward the detector 7 without passing through the imaging optical system 6 are shielded by the shielding member 5.

最後に、結像ステップにおいて結像されたX線20が検出器7により検出される(検出ステップ)。第1状態の場合、検出ステップでは、E0〜E1のエネルギーを持つX線20で撮像された画像が得られる。第2状態の場合、検出器7からは、E0〜E2のエネルギーを持つX線20で撮像された画像が得られる。   Finally, the X-ray 20 imaged in the imaging step is detected by the detector 7 (detection step). In the case of the first state, in the detection step, an image captured by the X-ray 20 having energy of E0 to E1 is obtained. In the case of the second state, the detector 7 obtains an image captured by the X-ray 20 having energy of E0 to E2.

図5は、第1実施形態の変形例に係るX線撮像装置の構成を示す図である。図1及び図5に示されるように、X線撮像装置10Aは集光光学系3Aを備えるのに対して、変形例に係るX線撮像装置10Bは集光光学系3Bを備える点で相違している。また、集光光学系3Aは光学素子30Aを備えるのに対して、集光光学系3Bは光学素子30Bを備える点で相違している。更に、光学素子30Aは、接続管33を有するのに対し、光学素子30Bは、接続管34を有する点で相違している。   FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of an X-ray imaging apparatus according to a modification of the first embodiment. As shown in FIGS. 1 and 5, the X-ray imaging apparatus 10 </ b> A includes the condensing optical system 3 </ b> A, whereas the X-ray imaging apparatus 10 </ b> B according to the modified example includes a condensing optical system 3 </ b> B. ing. The condensing optical system 3A includes an optical element 30A, whereas the condensing optical system 3B is different in that it includes an optical element 30B. Further, the optical element 30 </ b> A has a connecting pipe 33, whereas the optical element 30 </ b> B is different in that it has a connecting pipe 34.

接続管34は、接続管33と形状の点で相違している。接続管34は、基準線Aに平行な平行部35と、基準線Aに交差する交差部36とを含んでいる。このように、接続管34は、平行部35を含んでいるため、ホルダ12(図3参照)により保持し易い。   The connecting pipe 34 is different from the connecting pipe 33 in terms of shape. The connecting pipe 34 includes a parallel portion 35 parallel to the reference line A and an intersecting portion 36 that intersects the reference line A. Thus, since the connection pipe 34 includes the parallel part 35, it is easy to hold it by the holder 12 (see FIG. 3).

(第2実施形態)
図6は、第2実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。図1及び図6に示されるように、第1実施形態に係るX線撮像装置10Aは集光光学系3Aを備えるのに対して、第2実施形態に係るX線撮像装置10Cは集光光学系3Cを備える点で相違している。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the X-ray imaging apparatus according to the second embodiment. As shown in FIGS. 1 and 6, the X-ray imaging apparatus 10A according to the first embodiment includes a condensing optical system 3A, whereas the X-ray imaging apparatus 10C according to the second embodiment includes condensing optics. The difference is that the system 3C is provided.

集光光学系3Cは、第1反射面31cを含む第1光学素子31と、第2反射面32cを含み第1光学素子31と別体に構成された第2光学素子32と、を有している。即ち、集光光学系3Aは、一体化された一つの光学素子30Aとして、第1光学素子31及び第2光学素子32を有するのに対し、集光光学系3Cは、それぞれ別体として分離して構成された第1光学素子31及び第2光学素子32を有する点で集光光学系3Aと相違している。   The condensing optical system 3C includes a first optical element 31 including a first reflecting surface 31c, and a second optical element 32 including a second reflecting surface 32c and configured separately from the first optical element 31. ing. That is, the condensing optical system 3A includes the first optical element 31 and the second optical element 32 as one integrated optical element 30A, whereas the condensing optical system 3C is separated as a separate body. This is different from the condensing optical system 3A in that the first optical element 31 and the second optical element 32 configured as described above are provided.

第1光学素子31及び第2光学素子32は、それぞれのステージ等の移動機構(不図示)により、基準線Aと交差する方向に移動可能に設けられている。ここでは、第1光学素子31及び第2光学素子32は、基準線Aと直交する方向に移動可能に設けられている。制御部8は、移動機構に制御信号を送出して、第1反射面31cをX線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための位置に配置する。これにより、集光光学系3Cの状態が第1状態となる。また、制御部8は、第2反射面32cを集光位置から退避させる。制御部8は、例えば、X線源1から隔離された場所に第2反射面32cを退避させる。   The first optical element 31 and the second optical element 32 are provided so as to be movable in a direction intersecting the reference line A by a moving mechanism (not shown) such as a stage. Here, the first optical element 31 and the second optical element 32 are provided to be movable in a direction orthogonal to the reference line A. The control unit 8 sends a control signal to the moving mechanism, and arranges the first reflecting surface 31c at a position for condensing the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. Thereby, the state of the condensing optical system 3C becomes the first state. In addition, the control unit 8 retracts the second reflecting surface 32c from the condensing position. For example, the control unit 8 retracts the second reflecting surface 32 c to a place isolated from the X-ray source 1.

また、制御部8は、第1反射面31cをX線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための位置から退避させる。これにより、集光光学系3Cの状態が第2状態となる。制御部8は、例えば、X線源1から隔離された場所に第1反射面31cを退避させる。また、制御部8は、第2反射面32cをX線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための位置に配置する。このように、X線撮像装置10Cでは、制御部8が、第1光学素子31及び第2光学素子32のうちいずれかを移動させることにより、第1状態と第2状態とを切り替える。   In addition, the control unit 8 retracts the first reflecting surface 31c from the position for condensing the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. Thereby, the state of the condensing optical system 3 </ b> C becomes the second state. For example, the control unit 8 retracts the first reflecting surface 31 c to a place isolated from the X-ray source 1. Further, the control unit 8 arranges the second reflecting surface 32c at a position for condensing the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. As described above, in the X-ray imaging apparatus 10 </ b> C, the control unit 8 switches between the first state and the second state by moving one of the first optical element 31 and the second optical element 32.

(第3実施形態)
図7は、第3実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す図である。図6及び図7に示されるように、第2実施形態に係るX線撮像装置10Cは集光光学系3Cを備えるのに対して、第3実施形態に係るX線撮像装置10Dは集光光学系3Dを備える点で相違している。また、X線撮像装置10Dは、遮蔽部材15及び遮蔽部材16を更に備える点で、X線撮像装置10Cと相違している。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of an X-ray imaging apparatus according to the third embodiment. As shown in FIGS. 6 and 7, the X-ray imaging apparatus 10C according to the second embodiment includes the condensing optical system 3C, whereas the X-ray imaging apparatus 10D according to the third embodiment includes the condensing optics. The difference is that a system 3D is provided. The X-ray imaging apparatus 10D is different from the X-ray imaging apparatus 10C in that it further includes a shielding member 15 and a shielding member 16.

集光光学系3Dでは、第1光学素子31は、第1反射面31cがX線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるような位置に固定保持されている。また、第2光学素子32は、第2反射面32cがX線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるような位置に固定保持されている。X線撮像装置10Dは、その他の点でX線撮像装置10Cと一致している。   In the condensing optical system 3D, the first optical element 31 is fixedly held at a position where the first reflecting surface 31c collects the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. . The second optical element 32 is fixed and held at a position where the second reflecting surface 32c collects the X-rays 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. The X-ray imaging apparatus 10D matches the X-ray imaging apparatus 10C in other points.

遮蔽部材15は、X線源1から第2反射面32cに向かうX線20を遮蔽するために用いられる。遮蔽部材15は、基準線Aに沿う方向から見て、円形状を呈している。制御部8は、X線源1から第2反射面32cに向かうX線20の光路上であって、X線源1から第1反射面31cに向かうX線20の光路の内側(基準線A側)に遮蔽部材15を配置する。これにより、遮蔽部材15は、X線源1から第1反射面31cに向かうX線20を通過させながら、X線源1から第2反射面32cに向かうX線20を遮蔽する。つまり、集光光学系3Dは、第1状態とされる。   The shielding member 15 is used to shield the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the second reflecting surface 32c. The shielding member 15 has a circular shape when viewed from the direction along the reference line A. The control unit 8 is on the optical path of the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the second reflecting surface 32c and inside the optical path of the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the first reflecting surface 31c (reference line A The shielding member 15 is disposed on the side. Thereby, the shielding member 15 shields the X-rays 20 from the X-ray source 1 toward the second reflecting surface 32c while allowing the X-rays 20 from the X-ray source 1 toward the first reflecting surface 31c to pass therethrough. That is, the condensing optical system 3D is in the first state.

遮蔽部材16は、X線源1から第1反射面31cに向かうX線20を遮蔽するために用いられる。遮蔽部材16は、基準線Aに沿う方向から見て、環状を呈している。制御部8は、X線源1から第1反射面31cに向かうX線20の光路上であって、遮蔽部材16の内縁がX線源1から第2反射面32cに向かうX線20の光路の外側に位置するように遮蔽部材16を配置する。これにより、遮蔽部材16は、X線源1から第2反射面32cに向かうX線20を通過させながら、X線源1から第1反射面31cに向かうX線20を遮蔽する。つまり、集光光学系3Dは、第2状態とされる。   The shielding member 16 is used to shield the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the first reflecting surface 31c. The shielding member 16 has an annular shape when viewed from the direction along the reference line A. The control unit 8 is on the optical path of the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the first reflecting surface 31c, and the inner edge of the shielding member 16 is the optical path of the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the second reflecting surface 32c. The shielding member 16 is arranged so as to be located outside the front side. Thereby, the shielding member 16 shields the X-rays 20 from the X-ray source 1 toward the first reflection surface 31c while allowing the X-rays 20 from the X-ray source 1 toward the second reflection surface 32c to pass therethrough. That is, the condensing optical system 3D is in the second state.

このように、制御部8は、遮蔽部材15を使ってX線源1から第2反射面32cに向かうX線20を遮蔽する状態、及び遮蔽部材16を使ってX線源1から第1反射面31cに向かうX線20を遮蔽する状態のうちいずれかを選択することにより、第1状態と第2状態とを切り替える。   As described above, the control unit 8 uses the shielding member 15 to shield the X-ray 20 from the X-ray source 1 toward the second reflecting surface 32 c, and uses the shielding member 16 to perform the first reflection from the X-ray source 1. The first state and the second state are switched by selecting one of the states that shield the X-rays 20 toward the surface 31c.

以上説明したように、本実施形態に係るX線撮像装置10A〜10Dでは、集光光学系3A〜3Dの状態を切り替える制御部8を備えている。制御部8は、X線20を第1反射面31cにより全反射させて試料Sに入射させる第1状態と、X線20を第2反射面32cにより全反射させて試料Sに入射させる第2状態と、を切り替える。第1反射面31cの第1傾斜角α1と、第2反射面32cの第2傾斜角α2とは、互いに異なる。また、第1入射光の光軸C1と基準線Aとの成す角度と、第2入射光の光軸C2と基準線Aとの成す角度とは、いずれも角度γであり、互いに同等である。したがって、第1状態の第1反射面31cへのX線20の第1斜入射角β1と、第2状態の第2反射面32cへのX線20の第2斜入射角β2とは、互いに異なる。   As described above, the X-ray imaging apparatuses 10A to 10D according to the present embodiment include the control unit 8 that switches the states of the condensing optical systems 3A to 3D. The control unit 8 performs a first state in which the X-ray 20 is totally reflected by the first reflecting surface 31c and enters the sample S, and a second state in which the X-ray 20 is totally reflected by the second reflecting surface 32c and enters the sample S. Switch between states. The first inclination angle α1 of the first reflection surface 31c and the second inclination angle α2 of the second reflection surface 32c are different from each other. In addition, the angle formed between the optical axis C1 of the first incident light and the reference line A and the angle formed between the optical axis C2 of the second incident light and the reference line A are both angles γ and are equivalent to each other. . Therefore, the first oblique incident angle β1 of the X-ray 20 to the first reflecting surface 31c in the first state and the second oblique incident angle β2 of the X-ray 20 to the second reflecting surface 32c in the second state are mutually different. Different.

図4を参照して説明したように、反射面へのX線の斜入射角θが異なると、反射面で全反射されるX線のエネルギー領域が異なる。これにより、第1状態と第2状態とを切り替えることにより、試料Sの観察に用いるX線20を、第1反射面31cで全反射されるエネルギー領域のX線と第2反射面32cで全反射されるエネルギー領域のX線とから選択することができる。   As described with reference to FIG. 4, when the oblique incident angle θ of X-rays to the reflecting surface is different, the energy region of X-rays totally reflected by the reflecting surface is different. Thereby, by switching between the first state and the second state, the X-ray 20 used for observation of the sample S is totally reflected by the X-rays in the energy region totally reflected by the first reflecting surface 31c and the second reflecting surface 32c. It can be selected from X-rays in the energy region to be reflected.

上述のように、第1入射光の光軸C1と基準線Aとの成す角度と、第2入射光の光軸C2と基準線Aとの成す角度とは、いずれも角度γであり、互いに同等である。このため、結像光学系6へのX線20の入射状態が、第1状態と第2状態との間で変化しない。したがって、X線20のエネルギーの選択に応じて結像光学系6及び検出器7を位置合わせする必要がない。以上のように、このX線撮像装置10A〜10Dにおいては、X線20のエネルギー領域を選択しながら容易に試料Sを観察することができる。   As described above, the angle formed between the optical axis C1 of the first incident light and the reference line A and the angle formed between the optical axis C2 of the second incident light and the reference line A are both angles γ. It is equivalent. For this reason, the incident state of the X-rays 20 to the imaging optical system 6 does not change between the first state and the second state. Therefore, it is not necessary to align the imaging optical system 6 and the detector 7 in accordance with the selection of the energy of the X-ray 20. As described above, in the X-ray imaging apparatuses 10A to 10D, the sample S can be easily observed while selecting the energy region of the X-ray 20.

集光光学系3A〜3Dは、全反射を利用して除去されるX線20のエネルギー領域を選択する構成であるため、特許文献2に記載されるような多層膜ミラーの選択的反射特性を用いる構成と比較して、X線20の利用効率を向上させることができる。例えば、多層膜ミラーの「水の窓」領域の反射率は数10%であり、利用効率が低い。またそれ以上のエネルギー領域では利用効率が更に低くなる。   The condensing optical systems 3 </ b> A to 3 </ b> D are configured to select the energy region of the X-rays 20 to be removed using total reflection, and thus have the selective reflection characteristics of the multilayer mirror as described in Patent Document 2. The use efficiency of the X-ray 20 can be improved as compared with the configuration to be used. For example, the reflectance of the “water window” region of the multilayer mirror is several tens of percent, and the utilization efficiency is low. Further, the utilization efficiency is further lowered in the energy region beyond that.

図8は、比較例に係るX線撮像装置の構成を示す図である。図1及び図8に示されるように、比較例に係るX線撮像装置100は集光光学系として光学素子103を備える点で、第1実施形態に係るX線撮像装置10Aと相違している。光学素子103は、回転楕円鏡である。X線撮像装置100は、ターゲットの物質を変えて、試料Sの観察に用いるX線20のエネルギーを変更する場合、フィルタ2の交換だけでなく、光学素子103を交換して、光学素子の103の材質及び斜入射角を変更する必要がある。光学素子103の交換作業には、高い精度の位置調整が必要とされ、時間がかかる。   FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of an X-ray imaging apparatus according to a comparative example. As shown in FIGS. 1 and 8, the X-ray imaging apparatus 100 according to the comparative example is different from the X-ray imaging apparatus 10A according to the first embodiment in that an optical element 103 is provided as a condensing optical system. . The optical element 103 is a spheroid mirror. When the X-ray imaging apparatus 100 changes the target substance to change the energy of the X-ray 20 used for observing the sample S, the X-ray imaging apparatus 100 not only replaces the filter 2 but also replaces the optical element 103. It is necessary to change the material and the oblique incident angle. The replacement work of the optical element 103 requires highly accurate position adjustment, and takes time.

また、光学素子103及び第3光学素子60の斜入射角を変更する場合、光学素子103により集光されたX線20が第3光学素子60に効率よく入射できるようにする必要がある。言い換えると、光学素子103及び第3光学素子60の開口数を同等とする必要がある。このため、光学素子103及び第3光学素子60の焦点の位置が変わり、それに伴い、X線源1、試料S、及び検出器7の位置まで変わる場合もある。したがって、比較例に係るX線撮像装置100では、本実施形態に係るX線撮像装置10A〜10Dのように、X線20のエネルギー領域を選択しながら試料Sを観察することは容易にはできない。   Further, when the oblique incident angles of the optical element 103 and the third optical element 60 are changed, it is necessary to allow the X-rays 20 collected by the optical element 103 to efficiently enter the third optical element 60. In other words, the numerical apertures of the optical element 103 and the third optical element 60 need to be equal. For this reason, the positions of the focal points of the optical element 103 and the third optical element 60 change, and accordingly, the positions of the X-ray source 1, the sample S, and the detector 7 may change. Therefore, the X-ray imaging apparatus 100 according to the comparative example cannot easily observe the sample S while selecting the energy region of the X-ray 20 as in the X-ray imaging apparatuses 10A to 10D according to the present embodiment. .

X線撮像装置10A〜10Dでは、結像光学系6は、第1反射面31c及び第2反射面32cにおいて全反射される全エネルギー領域のX線20を全反射させて検出器7に結像させる。このため、試料Sの観察に用いられるエネルギー領域のX線20が結像光学系6により除去されるのを抑制することができる。また、結像光学系6では、X線20を全反射させることにより結像を行うので、X線20のエネルギーの選択に応じて、第3光学素子60及びその配置を変える必要がない。これに対して、多層膜ミラーを用いる結像光学系では、X線のエネルギーごとに多層膜の膜厚及び材質を変える必要がある。つまり、X線撮像装置10A〜10Dのような複数のエネルギー領域を使用する系では、使用するエネルギー領域の数だけ、複数の多層膜ミラーを用意する必要がある。また、ゾーンプレート(ZP)を用いる結像光学系では、本実施形態の結像光学系6に比べて、効率が低く、X線のエネルギーによって焦点距離が変わる。多層膜ミラー及びゾーンプレートといった光学素子と異なり、全反射を利用した反射光学系は、斜入射角が集光光学系の斜入射角よりも小さいという条件下において、一つの光学素子で複数のエネルギー領域に対応することができる。   In the X-ray imaging devices 10 </ b> A to 10 </ b> D, the imaging optical system 6 forms an image on the detector 7 by totally reflecting the X-rays 20 in the total energy region totally reflected by the first reflecting surface 31 c and the second reflecting surface 32 c. Let For this reason, it is possible to suppress the X-rays 20 in the energy region used for observing the sample S from being removed by the imaging optical system 6. Further, since the imaging optical system 6 forms an image by totally reflecting the X-ray 20, it is not necessary to change the third optical element 60 and its arrangement according to the selection of the energy of the X-ray 20. On the other hand, in an imaging optical system using a multilayer mirror, it is necessary to change the film thickness and material of the multilayer film for each X-ray energy. That is, in a system using a plurality of energy regions such as the X-ray imaging devices 10A to 10D, it is necessary to prepare a plurality of multilayer film mirrors by the number of energy regions to be used. Further, in the imaging optical system using the zone plate (ZP), the efficiency is lower than that of the imaging optical system 6 of the present embodiment, and the focal length changes depending on the energy of X-rays. Unlike optical elements such as multilayer mirrors and zone plates, a reflective optical system using total reflection is capable of producing multiple energies with one optical element under the condition that the oblique incident angle is smaller than the oblique incident angle of the condensing optical system. Can correspond to the area.

X線撮像装置10A〜10Dは、フィルタ2を備えているので、試料Sの観察に用いられない低エネルギー領域側のX線20を除去することができる。これにより、得られるX線像のコントラストを向上させることができる。更に、X線撮像装置10A〜10Dは、遮蔽部材4及び遮蔽部材5を備えている。このため、試料Sの観察に用いられないエネルギー領域のX線20が検出器7に入射することが抑制されるので、得られるX線像のコントラストを一層向上させることができる。   Since the X-ray imaging devices 10 </ b> A to 10 </ b> D include the filter 2, the X-rays 20 on the low energy region side that are not used for observing the sample S can be removed. Thereby, the contrast of the obtained X-ray image can be improved. Furthermore, the X-ray imaging devices 10 </ b> A to 10 </ b> D include a shielding member 4 and a shielding member 5. For this reason, since the X-rays 20 in the energy region that are not used for the observation of the sample S are suppressed from entering the detector 7, the contrast of the obtained X-ray image can be further improved.

X線撮像装置10A,10Bでは、第1光学素子31と、第2光学素子32とが一体化されている。このため、制御部8は、ステージ11、ホルダ12、駆動モータ13等からなる共通の1つの移動機構により、第1光学素子31及び第2光学素子32を移動させて、集光光学系3A,3Bの状態を切り替えることができる。このため、X線撮像装置10A,10Bの構成を簡略化することができる。   In the X-ray imaging devices 10A and 10B, the first optical element 31 and the second optical element 32 are integrated. For this reason, the control unit 8 moves the first optical element 31 and the second optical element 32 by a common moving mechanism including the stage 11, the holder 12, the drive motor 13, and the like, thereby collecting the condensing optical system 3A, The state of 3B can be switched. For this reason, the structure of X-ray imaging device 10A, 10B can be simplified.

X線撮像装置10Cでは、第1光学素子31及び第2光学素子32が別体に構成されているので、第1光学素子31及び第2光学素子32をそれぞれ移動させることができる。したがって、制御部8は、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための位置に第1光学素子31及び第2光学素子32を容易に配置することができる。また、制御部8は、使用しない第1光学素子31及び第2光学素子32をX線源1から隔離された場所に退避させることができる。したがって、使用しない第1光学素子31及び第2光学素子32により全反射されたX線20が結像光学系6に入射するおそれがない。更に、接続管が存在しないため、接続管により全反射されたX線20が結像光学系6に入射するおそれがない。   In the X-ray imaging apparatus 10C, since the first optical element 31 and the second optical element 32 are configured separately, the first optical element 31 and the second optical element 32 can be moved, respectively. Therefore, the control unit 8 can easily arrange the first optical element 31 and the second optical element 32 at a position for condensing the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 on the sample S by total reflection. it can. Further, the control unit 8 can retract the unused first optical element 31 and second optical element 32 to a place isolated from the X-ray source 1. Therefore, there is no possibility that X-rays 20 totally reflected by the first optical element 31 and the second optical element 32 that are not used are incident on the imaging optical system 6. Further, since there is no connecting tube, there is no possibility that the X-rays 20 totally reflected by the connecting tube enter the imaging optical system 6.

X線撮像装置10Dでは、制御部8は、遮蔽部材15及び遮蔽部材16のうちのいずれかを使用することにより、第1状態と第2状態とを切り替える。このため、第1光学素子31及び第2光学素子32を移動させる必要がない。また、第1光学素子31及び第2光学素子32が別体に構成され、接続管が存在しないため、X線撮像装置10Cと同様に、接続管により全反射されたX線20が結像光学系6に入射するおそれがない。   In the X-ray imaging apparatus 10 </ b> D, the control unit 8 switches between the first state and the second state by using one of the shielding member 15 and the shielding member 16. For this reason, it is not necessary to move the first optical element 31 and the second optical element 32. In addition, since the first optical element 31 and the second optical element 32 are configured separately and there is no connecting tube, the X-rays 20 totally reflected by the connecting tube are imaged optically as in the X-ray imaging apparatus 10C. There is no risk of entering the system 6.

また、本実施形態に係るX線撮像方法は、X線撮像装置10Aを用いるので、X線20のエネルギー領域を選択しながら容易に試料Sを観察することができる。なお、X線撮像装置10B〜10Dを用いても同様となる。   Further, since the X-ray imaging method according to the present embodiment uses the X-ray imaging apparatus 10A, the sample S can be easily observed while selecting the energy region of the X-ray 20. The same applies to the X-ray imaging devices 10B to 10D.

以上、本実施形態に係るX線撮像装置10A〜10C及びX線撮像方法について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。例えば、距離L0が十分長く、光学素子を更に設置可能であれば、集光光学系3A〜3Dが、3つ以上の反射面を有し、3つ以上のX線エネルギーを選択可能にする構成としてもよい。また、低エネルギー領域側のX線20を除去する必要がなければ、フィルタ2は設けなくてもよい。また、フィルタ2の位置は、X線源1と試料Sとの間に限られず、試料Sと検出器7との間であってもよい。また、遮蔽部材4及び遮蔽部材5の位置は、基準線A上であって、集光光学系3A〜3Dを経ずに検出器7に入射するX線20を遮蔽する位置であれば、どこでもよい。また、遮蔽部材4及び遮蔽部材5のうちいずれか一方のみを設けてもよい。また、第1傾斜角α1及び第2傾斜角α2は、第3傾斜角α3よりも大きければ、第1傾斜角α1は第2傾斜角α2よりも大きくてもよい。また、X線撮像装置10A,10Bにおいて、接続管の形状は、接続管33,34に限られず、任意である。   The X-ray imaging apparatuses 10A to 10C and the X-ray imaging method according to the present embodiment have been described above, but the present invention is not limited to this. For example, if the distance L0 is sufficiently long and the optical element can be further installed, the condensing optical systems 3A to 3D have three or more reflecting surfaces and can select three or more X-ray energies. It is good. If it is not necessary to remove the X-rays 20 on the low energy region side, the filter 2 may not be provided. The position of the filter 2 is not limited to between the X-ray source 1 and the sample S, and may be between the sample S and the detector 7. The positions of the shielding member 4 and the shielding member 5 are anywhere on the reference line A as long as they are positions that shield the X-rays 20 incident on the detector 7 without passing through the condensing optical systems 3A to 3D. Good. Further, only one of the shielding member 4 and the shielding member 5 may be provided. Further, if the first inclination angle α1 and the second inclination angle α2 are larger than the third inclination angle α3, the first inclination angle α1 may be larger than the second inclination angle α2. Further, in the X-ray imaging apparatuses 10A and 10B, the shape of the connection pipe is not limited to the connection pipes 33 and 34, and is arbitrary.

X線撮像装置10Cにおいて、第2光学素子32が第1反射面31cで全反射されたX線20の光路上に位置し、第1反射面31cで全反射されたX線20を第2光学素子32により遮蔽できる場合は、制御部8は第2状態で第2光学素子32を退避させなくてもよい。また、第1反射面31c及び第2反射面32cを退避させる場所は、X線源1から隔離された場所に限られず、X線源1から出射されたX線20を全反射により試料Sに集光させるための位置でなければよい。   In the X-ray imaging apparatus 10C, the second optical element 32 is positioned on the optical path of the X-ray 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c, and the X-ray 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c is second optically reflected. In the case where it can be shielded by the element 32, the control unit 8 does not have to retract the second optical element 32 in the second state. Further, the place where the first reflecting surface 31c and the second reflecting surface 32c are retracted is not limited to the place isolated from the X-ray source 1, and the X-ray 20 emitted from the X-ray source 1 is applied to the sample S by total reflection. The position may not be a position for condensing light.

X線撮像装置10Dにおいて、第2光学素子32が第1反射面31cで全反射されたX線20の光路上に位置し、第1反射面31cで全反射されたX線20を第2光学素子32により遮蔽できる場合は、制御部8は第2状態で遮蔽部材16を使用しなくてもよい。また、第1光学素子31及び第2光学素子32は、一体化されていてもよい。   In the X-ray imaging device 10D, the second optical element 32 is located on the optical path of the X-ray 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c, and the X-ray 20 totally reflected by the first reflecting surface 31c is converted into the second optical element. When it can shield with the element 32, the control part 8 does not need to use the shielding member 16 in a 2nd state. Further, the first optical element 31 and the second optical element 32 may be integrated.

(実施例1)
実施例1として、軽元素材料を観察する場合について説明する。X線撮像装置として、第1実施形態に係るX線撮像装置10Aに対応するX線撮像装置を使用する。集光光学系は、設置時に正確な位置調整がなされており、集光光学系の移動には、パルスモータを用いた高精度なステージを使用する。これにより、第1反射面及び第2反射面が再配置された際の位置精度が維持される。
Example 1
As Example 1, a case where a light element material is observed will be described. As the X-ray imaging apparatus, an X-ray imaging apparatus corresponding to the X-ray imaging apparatus 10A according to the first embodiment is used. The condensing optical system is accurately adjusted at the time of installation, and a high-precision stage using a pulse motor is used to move the condensing optical system. Thereby, the positional accuracy when the 1st reflective surface and the 2nd reflective surface are rearranged is maintained.

観察には、軽元素に対する吸収係数が大きい数keV以下のエネルギー領域のX線として、ターゲットにCu(銅)を用いた場合の特性X線のL線(0.93keV、0.95keV)、及びターゲットにWを用いた場合の特性X線のM線(1.78keV付近)を用いる。   For observation, as an X-ray in an energy region having a large absorption coefficient for a light element of several keV or less, a characteristic X-ray L line (0.93 keV, 0.95 keV) when Cu (copper) is used as a target, and The characteristic X-ray M-line (around 1.78 keV) when W is used as the target is used.

ターゲットにCuを用い、加速電圧を10kVとすると、特性X線のK線(8.05keV、8.9keV)及びL線(0.93keV、0.95keV)と、制動放射X線として10keV以下の連続X線が出射される。ここでは、特性X線のL線のエネルギー領域(0.9keV〜1keV)をできるだけ効率よく利用し、それ以外の特性X線及び連続X線を除去するようにする。これにより、X線吸収率の違いによるコントラストの低下が抑制される。そこで、0.9keV〜1keVで80%以上の透過率があり、且つ400eV以下のX線を除去できるフィルタとして、厚さ1μmのBe箔を用いる。   When Cu is used as the target and the acceleration voltage is 10 kV, the characteristic X-ray K-line (8.05 keV, 8.9 keV) and L-line (0.93 keV, 0.95 keV) and the bremsstrahlung X-ray of 10 keV or less Continuous X-rays are emitted. Here, the characteristic X-ray energy region (0.9 keV to 1 keV) of the characteristic X-ray is used as efficiently as possible, and other characteristic X-rays and continuous X-rays are removed. This suppresses a decrease in contrast due to a difference in X-ray absorption rate. Therefore, a Be foil having a thickness of 1 μm is used as a filter that has a transmittance of 80% or more at 0.9 keV to 1 keV and can remove X-rays of 400 eV or less.

また、0.9keV〜1keVで反射率が高く、且つ1keVを超える特性X線及び連続X線をできるだけ除去できるように集光光学系の材質及び斜入射角を設定する。ここでは、第1光学素子をSiO(ρ=2.2g/cm)で形成し、第1斜入射角β1を1.55°とする。1.55°を全反射臨界角とするX線エネルギーは、1.1keVであり、1.1keV以上のX線は反射されない。したがって、特性X線のK線である8.05keV、8.9keVと、1.1keV以上の連続X線が除去できる。以上により、特性X線のL線のエネルギー0.93keV、0.95keVが含まれる400eV〜1.1keVのX線エネルギー領域での観察が可能となる。 Further, the material of the condensing optical system and the oblique incident angle are set so that the characteristic X-rays and continuous X-rays having high reflectivity at 0.9 keV to 1 keV and exceeding 1 keV can be removed as much as possible. Here, the first optical element is formed of SiO 2 (ρ = 2.2 g / cm 3 ), and the first oblique incident angle β1 is 1.55 °. X-ray energy having a total reflection critical angle of 1.55 ° is 1.1 keV, and X-rays of 1.1 keV or higher are not reflected. Accordingly, it is possible to remove the characteristic X-ray K-rays of 8.05 keV and 8.9 keV and continuous X-rays of 1.1 keV or higher. As described above, observation in the X-ray energy region of 400 eV to 1.1 keV including the energy 0.93 keV and 0.95 keV of the L-ray of the characteristic X-ray becomes possible.

続いて、ターゲットにWを用いる場合について説明する。上述の厚さ1μmのBe箔は、1.78keV付近で90%以上の透過率がある。また、第2光学素子をSiO(ρ=2.2g/cm)で形成し、第2斜入射角β2を0.85°とする。0.85°を全反射臨界角とするX線エネルギーは、1.9keVであり、1.9keV以上のX線は反射されない。以上により、特性X線のM線のエネルギー1.78keV付近が含まれる400eV〜1.9keVのX線エネルギー領域での観察が可能となる。 Next, a case where W is used as a target will be described. The Be foil having a thickness of 1 μm described above has a transmittance of 90% or more near 1.78 keV. Further, the second optical element is formed of SiO 2 (ρ = 2.2 g / cm 3 ), and the second oblique incident angle β2 is set to 0.85 °. The X-ray energy having a total reflection critical angle of 0.85 ° is 1.9 keV, and X-rays of 1.9 keV or higher are not reflected. As described above, observation in the X-ray energy region of 400 eV to 1.9 keV including the vicinity of the energy 1.78 keV of the M-ray of the characteristic X-ray becomes possible.

上述のように集光光学系及び結像光学系では、以下の(1)〜(3)の条件を満足する必要がある。
(1)第1状態及び第2状態における距離L0が互いに同等である。
(2)第1入射光の光軸C1と基準線Aとの成す角度と、第2入射光の光軸C2と基準線Aとの成す角度とは、いずれも角度γであり、互いに同等である(すなわち、第1光学素子及び第2光学素子の開口数が、結像光学系の開口数と同等である)。
(3)第3斜入射角β3は、第2斜入射角β2よりも小さい。
As described above, the condensing optical system and the imaging optical system must satisfy the following conditions (1) to (3).
(1) The distances L0 in the first state and the second state are equal to each other.
(2) The angle formed between the optical axis C1 of the first incident light and the reference line A and the angle formed between the optical axis C2 of the second incident light and the reference line A are both angles γ and are equivalent to each other. (Ie, the numerical apertures of the first optical element and the second optical element are equivalent to the numerical aperture of the imaging optical system).
(3) The third oblique incident angle β3 is smaller than the second oblique incident angle β2.

これらの条件を満足するように、集光光学系及び結像光学系の仕様を決定すると、L0=337mm、L1(S1)=170mm、L2(S1)=317mm、L1(S2)=155mm、L2(S2)=302mm、L3=3280mm、L4=71mm、L5=80mm、L6=25mm、L7=122mm、L8=10mm、L9=9mm、L10=10.07mm、D1=9.3mm、D2=9.2mm、D3=1.86mm、D4=1.6mm、D5=4.06mm、D6=4.53mm、D7=4.57mm、β1=1.55°、β2=0.85°及びβ3=0.41°のようになる。   When the specifications of the condensing optical system and the imaging optical system are determined so as to satisfy these conditions, L0 = 337 mm, L1 (S1) = 170 mm, L2 (S1) = 317 mm, L1 (S2) = 155 mm, L2 (S2) = 302 mm, L3 = 3280 mm, L4 = 71 mm, L5 = 80 mm, L6 = 25 mm, L7 = 122 mm, L8 = 10 mm, L9 = 9 mm, L10 = 10.07 mm, D1 = 9.3 mm, D2 = 9.9. 2 mm, D3 = 1.86 mm, D4 = 1.6 mm, D5 = 4.06 mm, D6 = 4.53 mm, D7 = 4.57 mm, β1 = 1.55 °, β2 = 0.85 ° and β3 = 0. It will be 41 °.

なお、X線撮像装置として、第2実施形態及び第3実施形態に係るX線撮像装置10C,10Dに対応するX線撮像装置を使用した場合では、上記条件を満足するように、集光光学系及び結像光学系の仕様を決定すると、L0=337mm、L1(S1)=170mm、L2(S2)=302mm、L3=3280mm、L4=71mm、L5=80mm、L6=25mm、L8=10mm、L9=9mm、L10=10.07mm、D1=9.3mm、D2=9.2mm、D3=1.86mm、D4=1.6mm、D5=4.06mm、D6=4.53mm、D7=4.57mm、β1=1.55°、β2=0.85°及びβ3=0.41°のようになる。   In addition, when the X-ray imaging apparatus corresponding to X-ray imaging apparatus 10C, 10D which concerns on 2nd Embodiment and 3rd Embodiment is used as an X-ray imaging apparatus, condensing optics so that the said conditions may be satisfied. When the specifications of the system and the imaging optical system are determined, L0 = 337 mm, L1 (S1) = 170 mm, L2 (S2) = 302 mm, L3 = 3280 mm, L4 = 71 mm, L5 = 80 mm, L6 = 25 mm, L8 = 10 mm, L9 = 9 mm, L10 = 10.07 mm, D1 = 9.3 mm, D2 = 9.2 mm, D3 = 1.86 mm, D4 = 1.6 mm, D5 = 4.06 mm, D6 = 4.53 mm, D7 = 4. 57 mm, β1 = 1.55 °, β2 = 0.85 °, and β3 = 0.41 °.

図9は、X線のエネルギーと透過率及び反射率との関係を示す図である。図9(a)には、X線のエネルギーとフィルタ(厚さ1μmのBe箔)の透過率との関係、X線のエネルギーと集光光学系の第1光学素子(β1=1.55°)及び第2光学素子(β2=0.85°)の反射率との関係、並びにX線のエネルギーと結像光学系(β3=0.41°)の反射率との関係が示されている。ここで、結像光学系は、2つの反射面のそれぞれでX線を2回反射させるため、「2回」と示されている。なお、反射率には、集光光学系及び結像光学系の物質に含まれる酸素及びケイ素の吸収端(543eV、1.8keV)による影響があるため、図9(a)に示される反射率のグラフは、図4に示される反射率のグラフとは少し異なっている。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between X-ray energy, transmittance, and reflectance. FIG. 9A shows the relationship between the X-ray energy and the transmittance of the filter (Be foil having a thickness of 1 μm), the X-ray energy and the first optical element of the condensing optical system (β1 = 1.55 °). ) And the second optical element (β2 = 0.85 °), and the relationship between the X-ray energy and the imaging optical system (β3 = 0.41 °). . Here, since the imaging optical system reflects X-rays twice on each of the two reflecting surfaces, it is indicated as “twice”. Note that the reflectivity is influenced by the absorption edges (543 eV, 1.8 keV) of oxygen and silicon contained in the materials of the condensing optical system and the imaging optical system, and thus the reflectivity shown in FIG. This graph is slightly different from the reflectance graph shown in FIG.

図9(b)には、第1状態及び第2状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性及びその差分が示されている。第1状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性は、フィルタの透過率と第1光学素子の反射率と結像光学系の反射率とを掛け合わせることにより得られる。また、第2状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性は、フィルタの透過率と第2光学素子の反射率と結像光学系の反射率とを掛け合わせることにより得られる。   FIG. 9B shows the transmission wavelength characteristics of the entire X-ray imaging apparatus in the first state and the second state and the difference between them. The transmission wavelength characteristic of the entire X-ray imaging apparatus in the first state is obtained by multiplying the transmittance of the filter, the reflectance of the first optical element, and the reflectance of the imaging optical system. The transmission wavelength characteristic of the entire X-ray imaging apparatus in the second state is obtained by multiplying the transmittance of the filter, the reflectance of the second optical element, and the reflectance of the imaging optical system.

図9(b)に示されるように、第1状態では、400eV〜1.2keVのエネルギー領域のX線を観察に利用することができる。また、第2状態では、400eV〜1.8keVのエネルギー領域のX線を観察に利用することができる。したがって、第1状態では、ターゲットにWを用いた場合の特性X線のM線(1.78keV付近)を観察に利用することができる。また、第2状態では、ターゲットにCu(銅)を用いた場合の特性X線のL線(0.93keV、0.95keV)を観察に利用することができる。このように、第1状態と第2状態とを切り替えることで、2つの異なるエネルギー領域のX線による観察の違いをみることができる。   As shown in FIG. 9B, in the first state, X-rays in the energy region of 400 eV to 1.2 keV can be used for observation. In the second state, X-rays in the energy region of 400 eV to 1.8 keV can be used for observation. Therefore, in the first state, the characteristic X-ray M-line (around 1.78 keV) when W is used as a target can be used for observation. In the second state, the characteristic X-ray L line (0.93 keV, 0.95 keV) when Cu (copper) is used as the target can be used for observation. Thus, by switching between the first state and the second state, it is possible to see the difference in observation by X-rays in two different energy regions.

この例では、2つのエネルギー領域のX線画像が低エネルギー側で重なっている。したがって、図9(b)に示されるように、第2状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性から第1状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性を減算して得られる差分によれば、1.0keV〜1.8keVのエネルギー領域のX線画像が得られる。なお、実際には、第1光学素子と第2光学素子とでは、試料に集光される視野のサイズ及びX線強度が異なるため、単純な画像間の減算で得られる画像は、図9(b)に示される差分の画像とは少し異なっている。   In this example, X-ray images of two energy regions overlap on the low energy side. Therefore, as shown in FIG. 9B, according to the difference obtained by subtracting the transmission wavelength characteristic of the entire X-ray imaging apparatus in the first state from the transmission wavelength characteristic of the entire X-ray imaging apparatus in the second state. An X-ray image of an energy region of 1.0 keV to 1.8 keV is obtained. Actually, the first optical element and the second optical element have different visual field sizes and X-ray intensities focused on the sample. Therefore, an image obtained by simple subtraction between images is shown in FIG. It is a little different from the difference image shown in b).

(実施例2)
実施例2として、生体試料を観察する場合について説明する。X線撮像装置として、第1実施形態に係るX線撮像装置10Aに対応するX線撮像装置を使用する。生体試料は、「水の窓」領域(285eV〜543eV)のX線を利用して観察されることが多い。「水の窓」領域では、水によるX線の吸収が小さくなり、タンパク質及び核酸等の生体物質による吸収が大きくなる。このため、水を含んだ生体試料の画像が高いコントラストで得られる。「水の窓」領域以外のエネルギーのX線は、画像のコントラストを低下させるため、できるだけ除去することが望まれる。
(Example 2)
As Example 2, a case where a biological sample is observed will be described. As the X-ray imaging apparatus, an X-ray imaging apparatus corresponding to the X-ray imaging apparatus 10A according to the first embodiment is used. Biological samples are often observed using X-rays in the “water window” region (285 eV to 543 eV). In the “water window” region, the absorption of X-rays by water decreases, and the absorption by biological materials such as proteins and nucleic acids increases. For this reason, the image of the biological sample containing water is obtained with high contrast. It is desirable to remove X-rays of energy other than the “water window” region as much as possible in order to reduce the contrast of the image.

ターゲットにTi(チタン)を用い、加速電圧を10kVとすると、「水の窓」領域では、特性X線のL線(0.45keV、0.46keV)が出射される。それ以外に、K線(4.51keV、4.93keV)及び10keV以下の制動放射X線が出射される。数100eVで高い透過率があり、且つ10eV未満のX線を除去できるフィルタとして、厚さ0.05μmのTi箔を用いる。   When Ti (titanium) is used as a target and the acceleration voltage is 10 kV, characteristic X-ray L lines (0.45 keV, 0.46 keV) are emitted in the “water window” region. In addition, K-rays (4.51 keV, 4.93 keV) and bremsstrahlung X-rays of 10 keV or less are emitted. A Ti foil having a thickness of 0.05 μm is used as a filter having high transmittance at several hundreds eV and capable of removing X-rays of less than 10 eV.

上記(1)〜(3)の条件を満足するように、集光光学系及び結像光学系の仕様を決定すると、L0=266mm、L1(S1)=136mm、L2(S1)=259mm、L1(S2)=128mm、L2(S2)=251mm、L3=3030mm、L4=20mm、L5=30mm、L6=10mm、L7=113mm、L8=10mm、L9=10mm、L10=14.89mm、D1=25.13mm、D2=25.02mm、D3=1.86mm、D4=1.6mm、D5=4.19mm、D6=5.62mm、D7=6.25mm、β1=5.4°、β2=2.65°及びβ3=1.35°のようになる。   When the specifications of the condensing optical system and the imaging optical system are determined so as to satisfy the conditions (1) to (3), L0 = 266 mm, L1 (S1) = 136 mm, L2 (S1) = 259 mm, L1 (S2) = 128 mm, L2 (S2) = 251 mm, L3 = 3030 mm, L4 = 20 mm, L5 = 30 mm, L6 = 10 mm, L7 = 113 mm, L8 = 10 mm, L9 = 10 mm, L10 = 14.89 mm, D1 = 25 .13 mm, D2 = 25.02 mm, D3 = 1.86 mm, D4 = 1.6 mm, D5 = 4.19 mm, D6 = 5.62 mm, D7 = 6.25 mm, β1 = 5.4 °, β2 = 2. 65 ° and β3 = 1.35 °.

なお、X線撮像装置として、第2実施形態及び第3実施形態に係るX線撮像装置10C,10Dに対応するX線撮像装置を使用した場合では、上記条件を満足するように、集光光学系及び結像光学系の仕様を決定すると、L0=266mm、L1(S1)=136mm、L2(S2)=251mm、L3=3030mm、L4=20mm、L5=30mm、L6=10mm、L8=10mm、L9=10mm、L10=14.89mm、D1=25.13mm、D2=25.02mm、D3=2.63mm、D4=2.17mm、D5=4.19mm、D6=5.62mm、D7=6.25mm、β1=5.4°、β2=2.65°及びβ3=1.35°のようになる。   In addition, when the X-ray imaging apparatus corresponding to X-ray imaging apparatus 10C, 10D which concerns on 2nd Embodiment and 3rd Embodiment is used as an X-ray imaging apparatus, condensing optics so that the said conditions may be satisfied. When the specifications of the system and the imaging optical system are determined, L0 = 266 mm, L1 (S1) = 136 mm, L2 (S2) = 251 mm, L3 = 3030 mm, L4 = 20 mm, L5 = 30 mm, L6 = 10 mm, L8 = 10 mm, L9 = 10 mm, L10 = 14.89 mm, D1 = 25.13 mm, D2 = 25.02 mm, D3 = 2.63 mm, D4 = 2.17 mm, D5 = 4.19 mm, D6 = 5.62 mm, D7 = 6.6. 25mm, β1 = 5.4 °, β2 = 2.65 ° and β3 = 1.35 °.

第1斜入射角β1は5.4°であり、5.4°を全反射臨界角とするX線エネルギーは287eVである。これは「水の窓」領域の低エネルギー端に近い。一方、第2斜入射角β2は2.65°であり、2.65°を全反射臨界角とするX線エネルギーは530eVである。これは「水の窓」領域の高エネルギー端に近い。   The first oblique incident angle β1 is 5.4 °, and the X-ray energy having a total reflection critical angle of 5.4 ° is 287 eV. This is close to the low energy edge of the “water window” region. On the other hand, the second oblique incident angle β2 is 2.65 °, and the X-ray energy having a total reflection critical angle of 2.65 ° is 530 eV. This is close to the high energy edge of the “water window” region.

図10は、X線のエネルギーと透過率及び反射率との関係を示す図である。図10(a)には、X線のエネルギーとフィルタ(厚さ0.05μmのTi箔)の透過率との関係、X線のエネルギーと集光光学系の第1光学素子(β1=5.4°)及び第2光学素子(β2=2.65°)の反射率との関係、並びにX線のエネルギーと結像光学系(β3=1.35°)の反射率との関係が示されている。また、図10(b)には、第1状態及び第2状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性及びその差分が示されている。   FIG. 10 is a diagram illustrating the relationship between X-ray energy, transmittance, and reflectance. FIG. 10A shows the relationship between the X-ray energy and the transmittance of the filter (Ti foil having a thickness of 0.05 μm), the X-ray energy and the first optical element (β1 = 5. 4 °) and the reflectance of the second optical element (β2 = 2.65 °), and the relationship between the X-ray energy and the reflectance of the imaging optical system (β3 = 1.35 °). ing. FIG. 10B shows transmission wavelength characteristics of the entire X-ray imaging apparatus in the first state and the second state and the difference between them.

図10(a)に示されるように、特性X線のK線(4.51keV、4.93keV)はほぼ除去することができる。第2状態によれば、「水の窓」領域である特性X線のL線(0.45keV、0.46keV)で観察することができる。図10(b)に示されるように、第1状態及び第2状態におけるX線撮像装置全体の透過波長特性の差分によれば、「水の窓」領域以外の284eV以下のエネルギー成分が低減され、X線画像のコントラストが向上される。   As shown in FIG. 10A, the characteristic X-ray K line (4.51 keV, 4.93 keV) can be substantially removed. According to the second state, it can be observed with the characteristic X-ray L line (0.45 keV, 0.46 keV) which is the “water window” region. As shown in FIG. 10B, according to the difference in transmission wavelength characteristics of the entire X-ray imaging apparatus in the first state and the second state, energy components of 284 eV or less other than the “water window” region are reduced. The contrast of the X-ray image is improved.

また、水を含まない乾燥した比較的厚い生体試料を観察する場合は、ターゲットをグラファイト及びDLC等のC(炭素)で構成される物質にして、炭素のK線(282eV)で観察することができる。炭素K線では、生体に対する透過率が高くなり、厚い試料でも試料の内部構造を観察することができる。特にCT撮影の場合に有効である。一方、炭素K線以上のエネルギーである「水の窓」領域で観察すると炭素に対する透過率が低くなるため、できるだけ282eVを超えるX線は除去する必要がある。この場合、第1状態を用いて観察すれば、287eV以上のX線は選択的に除去できることになる。このように、2つの集光光学系を用いることで、1つの集光光学系を用いる比較例のX線撮像装置に比べて、より多くの情報を得ることができ、有用性が高い。   When observing a dry and relatively thick biological sample that does not contain water, the target may be a substance composed of C (carbon) such as graphite and DLC, and observed with carbon K-rays (282 eV). it can. With carbon K-rays, the transmittance to the living body is high, and the internal structure of the sample can be observed even with a thick sample. This is particularly effective for CT imaging. On the other hand, when observed in the “water window” region, which has an energy higher than that of carbon K-rays, the transmittance with respect to carbon is lowered. Therefore, it is necessary to remove X-rays exceeding 282 eV as much as possible. In this case, X-rays of 287 eV or more can be selectively removed by observing using the first state. Thus, by using two condensing optical systems, more information can be obtained compared to the X-ray imaging apparatus of the comparative example using one condensing optical system, which is highly useful.

1…X線源、2…フィルタ、3A〜3D…集光光学系、4…遮蔽部材(第1遮蔽部材)、5…遮蔽部材(第2遮蔽部材)、6…結像光学系、7…検出器、8…制御部、10A〜10C…X線撮像装置、15…遮蔽部材(第3遮蔽部材)、16…遮蔽部材(第3遮蔽部材)、31…第1光学素子、32…第2光学素子、31c…第1反射面、32c…第2反射面、61c…反射面(第3反射面)、A…基準線、C1,C2…光軸、S…試料。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... X-ray source, 2 ... Filter, 3A-3D ... Condensing optical system, 4 ... Shielding member (1st shielding member), 5 ... Shielding member (2nd shielding member), 6 ... Imaging optical system, 7 ... Detector: 8 ... Control unit, 10A to 10C ... X-ray imaging device, 15 ... Shielding member (third shielding member), 16 ... Shielding member (third shielding member), 31 ... First optical element, 32 ... Second Optical element, 31c: first reflecting surface, 32c: second reflecting surface, 61c: reflecting surface (third reflecting surface), A: reference line, C1, C2: optical axis, S: sample.

Claims (9)

試料に照射するX線を出射するX線源と、
前記試料からのX線を検出する検出器と、
前記X線源から前記検出器に向かう基準線上に配置され、前記X線源から出射されたX線を全反射により前記試料に集光させるための第1反射面及び第2反射面を有する集光光学系と、
前記基準線上に配置され、前記試料からのX線を前記検出器に結像させる結像光学系と、
前記集光光学系の状態を、前記第1反射面で全反射されたX線が前記試料に集光される第1状態と、前記第2反射面で全反射されたX線が前記試料に集光される第2状態と、の間で切り替える制御を行う制御部と、
を備え、
前記試料は、前記基準線上において前記X線源から所定距離で離間して保持され、
前記第1反射面と前記基準線との成す角度と前記第2反射面と前記基準線との成す角度とは、互いに異なっており、
前記第1状態で前記第1反射面により全反射されたX線の光軸と前記基準線との成す角度と、前記第2状態で前記第2反射面により全反射されたX線の光軸と前記基準線との成す角度とは、互いに同等である、
X線撮像装置。
An X-ray source that emits X-rays applied to the sample;
A detector for detecting X-rays from the sample;
A collector having a first reflection surface and a second reflection surface, which are arranged on a reference line from the X-ray source to the detector and collect the X-rays emitted from the X-ray source on the sample by total reflection. Optical optics,
An imaging optical system disposed on the reference line and imaging the X-rays from the sample on the detector;
The state of the condensing optical system includes a first state in which X-rays totally reflected by the first reflecting surface are condensed on the sample, and an X-ray totally reflected by the second reflecting surface on the sample. A control unit that performs control to switch between the second state to be condensed; and
With
The sample is held at a predetermined distance from the X-ray source on the reference line,
An angle formed between the first reflective surface and the reference line and an angle formed between the second reflective surface and the reference line are different from each other.
The angle formed between the optical axis of X-rays totally reflected by the first reflecting surface in the first state and the reference line, and the optical axis of X-rays totally reflected by the second reflecting surface in the second state And the angle formed by the reference line is equivalent to each other,
X-ray imaging device.
前記集光光学系は、前記第1反射面を含む第1光学素子と、前記第2反射面を含み、前記基準線に沿って前記第1光学素子と並んだ状態で前記第1光学素子と一体化された第2光学素子と、を有し、
前記制御部は、前記第1光学素子及び前記第2光学素子を前記基準線に沿って移動させることにより、前記第1状態と前記第2状態とを切り替える、請求項1に記載のX線撮像装置。
The condensing optical system includes a first optical element including the first reflecting surface, a second reflecting surface, and the first optical element in a state aligned with the first optical element along the reference line. An integrated second optical element;
The X-ray imaging according to claim 1, wherein the control unit switches the first state and the second state by moving the first optical element and the second optical element along the reference line. apparatus.
前記集光光学系は、前記第1反射面を含む第1光学素子と、前記第2反射面を含み前記第1光学素子と別体に構成された第2光学素子と、を有し、
前記制御部は、前記第1光学素子及び前記第2光学素子を移動させることにより、前記第1状態と前記第2状態とを切り替える、請求項1に記載のX線撮像装置。
The condensing optical system includes a first optical element including the first reflecting surface, and a second optical element including the second reflecting surface and configured separately from the first optical element,
The X-ray imaging apparatus according to claim 1, wherein the control unit switches between the first state and the second state by moving the first optical element and the second optical element.
前記X線源から前記第2反射面に向かうX線を遮蔽するための第1遮蔽部材と、
前記X線源から前記第1反射面に向かうX線を遮蔽するための第2遮蔽部材と、
を備え、
前記制御部は、前記第1遮蔽部材を使って前記X線源から前記第2反射面に向かうX線を遮蔽する状態、及び前記第2遮蔽部材を使って前記X線源から前記第1反射面に向かうX線を遮蔽する状態のうちいずれかを選択することにより、前記第1状態と前記第2状態とを切り替える、請求項1に記載のX線撮像装置。
A first shielding member for shielding X-rays from the X-ray source toward the second reflecting surface;
A second shielding member for shielding X-rays from the X-ray source toward the first reflecting surface;
With
The controller is configured to shield the X-ray from the X-ray source toward the second reflecting surface using the first shielding member, and the first reflection from the X-ray source using the second shielding member. The X-ray imaging apparatus according to claim 1, wherein the X-ray imaging apparatus switches between the first state and the second state by selecting any one of states in which X-rays directed toward the surface are shielded.
前記結像光学系は、前記試料からのX線を全反射させて前記検出器に結像させる第3反射面を有している、請求項1〜4のいずれか一項記載のX線撮像装置。   5. The X-ray imaging according to claim 1, wherein the imaging optical system includes a third reflecting surface that totally reflects X-rays from the sample and forms an image on the detector. apparatus. 前記第3反射面は、前記第1反射面及び前記第2反射面において全反射される全エネルギー領域のX線を全反射させる、請求項5記載のX線撮像装置。   The X-ray imaging apparatus according to claim 5, wherein the third reflecting surface totally reflects X-rays in a total energy region totally reflected on the first reflecting surface and the second reflecting surface. 前記基準線上に配置され、前記第1反射面及び前記第2反射面において全反射されるエネルギー領域のX線のうち低エネルギー領域側のX線を除去するフィルタを備える、
請求項1〜6のいずれか一項記載のX線撮像装置。
A filter that is disposed on the reference line and removes X-rays on the low energy region side of the X-rays of the energy region that is totally reflected on the first reflecting surface and the second reflecting surface;
The X-ray imaging device according to any one of claims 1 to 6.
前記基準線上に配置され、前記集光光学系を経ずに前記検出器に入射するX線を遮蔽する第3遮蔽部材を備える、請求項1〜7のいずれか一項記載のX線撮像装置。   The X-ray imaging apparatus according to claim 1, further comprising a third shielding member that is disposed on the reference line and shields X-rays that enter the detector without passing through the condensing optical system. . 請求項1〜8のいずれか一項記載のX線撮像装置を用いるX線撮像方法であって、
前記集光光学系の状態を、前記制御部によって前記第1状態及び前記第2状態のうちいずれとするかを選択する選択ステップと、
前記X線源から前記試料に照射するX線を出射する出射ステップと、
前記出射ステップにおいて出射されたX線を前記集光光学系によって前記試料に集光させる集光ステップと、
前記結像光学系によって前記試料からのX線を前記検出器に結像させる結像ステップと、
前記結像ステップにおいて結像されたX線を前記検出器によって検出する検出ステップと、を含む、X線撮像方法。
An X-ray imaging method using the X-ray imaging apparatus according to claim 1,
A selection step of selecting whether the state of the condensing optical system is the first state or the second state by the control unit;
An emission step of emitting X-rays irradiating the sample from the X-ray source;
A condensing step of condensing the X-rays emitted in the emitting step onto the sample by the condensing optical system;
An imaging step of imaging X-rays from the sample on the detector by the imaging optical system;
A detection step of detecting, by the detector, the X-rays imaged in the imaging step.
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